Investigation of a submerged fully passive energy-extracting flapping foil operating in sheared inflow
在这项工作中，一个完全被动的能量收集箔计算研究。内部二阶有限体积CFD求解器MaPFlow与刚体动力学求解器紧密耦合，以研究在有/无自由表面的均匀和剪切流入条件下的翼型操作。网格采用径向基函数（RBF）网格变形方法跟踪翼型运动。首先，MaPFlow的预测进行了比较，实验和数值计算结果在文献中，合理的协议被发现。接下来，单相模拟被认为是线性剪切入流的各种剪切速率。结果表明，翼型性能可以提高剪切来流条件下。最后，两相模拟考虑到自由表面，均匀和剪切流入，被认为是。预测表明，由于脱落涡量与自由表面的相互作用，当翼型在自由表面下操作时，系统的性能显著恶化。
2022-07-07 physics.flu-dyn
Impulsive impact of a twin hull
本文利用积分速度图法和雅可比theta函数，数值求解了双圆柱体脉冲启动冲击问题，确定了不同间距和截面形状下的速度场、压力冲量及附加质量系数。
2023-05-31 physics.flu-dyn
Three-dimensional exponential asymptotics and Stokes surfaces for flows past a submerged point source
本文研究低Froude极限下潜没点源绕流的三维指数渐近问题，提出了一种可在三维空间计算Stokes曲面以划分无波区与有波区的方法，并能扩展至非线性物体情形。
2020-07-27 physics.flu-dyn
Numerical simulation of flows in a circular pipe transversely subjected to a localized impulsive body force with applications to blunt traumatic aortic rupture
许多争论围绕的机制，负责发生钝性创伤性主动脉破裂的车祸，特别是对血液经历的惯性体力的作用，由于突然减速。作用在简单流体流动上的这种体积力的孤立影响是流体动力学中的一个基本问题，尚未得到彻底的研究。本研究以数值方式探讨脉动流在直圆管中受横向体积力作用于局部流体的基本物理问题。在三种不同的情况下，即在脉动流的加速、峰值和减速阶段，将体力作为一个简短的矩形脉冲施加。设计了一个无量纲数，称为体积力的影响程度（α），以量化体积力相对于流动惯性的相对强度。撞击在受迫段边界处产生反向旋转的横流涡，并伴随复杂的二次流结构。这种二次流被发现发展最慢的影响发生在加速流和最快的减速流期间。然而，峰值偏度的速度场，发生在连续较晚的时间为三个各自的情况下。撞击后，这些二次流的作用是恢复非强迫状态，并通过适当的正交分解的速度场揭示了这种主导的空间结构。这项工作提出了一类新的问题，需要进一步的理论和实验研究。
2018-12-17 physics.flu-dyn physics.med-ph
Drag cancellation by added-mass pumping
由于附加质量能量的变化，水下物体在突然变形时会受到很大的力。虽然这种现象已被研究为单一的驱动事件，应用于持续推进需要研究\textit{periodic}形状变化。我们这样做，在这项工作中，通过调查的弹簧质量振荡器淹没在静态流体受到周期性变化的体积。我们开发了一个分析模型来研究附加质量变化和粘性阻尼之间的关系，并在大Stokes数下用完全耦合的流固Navier-Stokes模拟来证明其应用范围。我们的研究结果表明，附加质量动能的恢复可以用来完全取消流体的粘性阻尼，驱动持续振荡的振幅高达四倍的平均身体半径$r_0$的发病。一个准线性关系被发现链接的终端振幅的振荡$X$，大小变化$a$的程度，与$X/a$峰值在值从4到4.75取决于形状变化运动学的细节。此外，它被发现，泵浦的频率范围内的$1-\frac{a}{2r_0}<ω^2/ω_n^2<1+\frac{a}{2r_0}$是需要持续振荡。该分析的结果揭示了形状变化机构和生物启发的水下航行器的背景下的附加质量恢复的作用。
2016-05-21 physics.flu-dyn
Bluff body uses deep-reinforcement-learning trained active flow control to achieve hydrodynamic stealth
我们提出了一种新的主动流量控制（AFC）的策略钝体隐藏其流体动力学痕迹捕食者。采用一组迎风-吸-背风-吹（WSLB）作动器对均匀来流中圆柱尾迹进行控制。在近尾流中部署了速度传感器阵列以提供反馈信号。通过数据驱动的深度强化学习（DRL），针对WSLB致动训练有效的控制策略，以减轻气缸的流体动力学特征，即，强烈的剪切和周期性脱落的漩涡。仅检测到流向速度的0.29%的不足，这是一个99.5%的减少，从不受控制的值。同样的控制策略也被发现是有效的，当气缸发生横向涡激振动（VIV）。这项研究的结果可以为水下结构和机器人的设计和操作提供一些启示，以实现流体动力隐身。
2020-10-20 physics.flu-dyn
Coherent structures in the linearized impulse response of turbulent channel flow
本文利用线性化的纳维-斯托克斯方程研究了孤立的时空脉冲引起的速度脉动的演化。在$Re_τ=10000$中，冲量作为不可压缩通道流中的外部体积力引入。速度波动是关于湍流的平均速度轮廓定义的。湍流涡动粘性被添加到方程中，以将平均速度固定为精确解，这也用于模拟背景湍流对大尺度波动的耗散效应。脉冲体积力产生的流场演变成包含长流向速度条纹的相干结构，其两侧是准流向涡;其中一些脉冲产生发夹涡。随着这些涡纹结构的发展，它们的尺寸增长到名义上的自相似几何形状，纵横比（流向与壁面法线）约为$10$，而它们的动能密度单调衰减。涡纹结构的拓扑结构对脉冲的位置不敏感，但取决于脉冲体积力的方向。所有这些涡纹结构都附着在壁面上，当按离壁面的距离缩放时，它们的雷诺应力崩溃，这与汤森的附着涡假设一致。
2018-05-02 physics.flu-dyn
A fully Eulerian solver for the simulation of multiphase flows with solid bodies: application to surface gravity waves
本文提出了一种用于多相流研究的全欧拉解算器，用于模拟表面重力波在潜体上的传播。本文采用流体体积法求解不可压纳维-斯托克斯方程，用浸没体法求解固体，用强耦合迭代法求解流固耦合。通过泊松方程的解来强制流体的不可压缩性，由于液相界面上的密度跳跃，泊松方程必须采用Dodd & Ferrante的分裂程序[12]。求解器通过与经典的流体-结构相互作用的测试用例进行比较来验证，如压力驱动通道中的颗粒迁移，多相流，圆柱体的水出口，并且所有测试都具有良好的一致性。此外，我们显示的情况下，表面重力波传播的求解器的应用程序，并验证了求解器可以重现波和钟摆之间的能量交换。最后，考虑了水下球体诱导波浪的三维溢出破碎问题。
2020-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Straightforward integration for free surface Green function and body wave motions
本文提出了一种求解深水浮体振动引起的规则水波的辐射和绕射的经典线性化问题的方法。结果表明，三维自由面格林函数$G$及其梯度$\nabla G$的奇异波积分可视为规则波积分，并可直接积分。通过与经历振荡波动的浮体或淹没体的基准数据进行比较，验证了该方法的有效性。比较表明，评价是足够准确的实用目的。作为该方法的重要意义，证明了梯度$\nabla G$的数值逼近稳定性与$G$的数值逼近稳定性相同。
2018-10-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A Minimal Model of the Hydrodynamical Coupling of Flagella on a Spherical Body with application to Volvox
鞭毛是附着在微生物上的毛发状附属物，允许生物体穿过其流体环境。团藻是球形游泳者，其表面上有数千个单独的鞭毛，它们的协调性尚未完全了解。在这项工作中，一个先前开发的鞭毛同步化的极小模型被扩展到浸没在流体中的球体的外表面。每个跳动的鞭毛尖端被建模为一个小球体，弹性约束到一个圆形轨道上的球面和一个正则化的图像系统的斯托克斯流外的一个球体是用来执行无滑移条件。生物相关的分布转子的结果在一个快速发展和强大的辛异时波从前面到后面的球形团藻体。
2020-04-11 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Hyperbolic free-surface jets
本文研究了无粘流体在忽略重力和表面张力时受脉冲扰动产生的射流，发现其二维最简情况下的射流具有双曲轮廓，纠正了早期研究的观点。
2025-03-04 physics.flu-dyn
Explicit force formlulas for two dimensional potential flow with multiple bodies and multiple free vortices
对于多个物体的问题，目前的积分方法需要使用辅助势函数，以便为每个物体提供单独的力公式。而基于非定常Lagally定理推广的奇异性方法仅限于无束缚涡和涡产生的多体和多涡流动。本文考虑多体多涡流动，导出了无辅助函数的奇异性方法和积分方法两种形式的力公式，给出了物体表面有涡产生的二维非定常势流中各个物体的力。用Karman涡街、冲击起动流的Wagner问题、两圆柱与环量的相互作用、翼型与束缚涡的相互作用等问题验证了力公式的正确性。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Development and validation of a numerical wave tank based on the Harmonic Polynomial Cell and Immersed Boundary methods to model nonlinear wave-structure interaction
采用调和多项式单元法（HPC）求解波浪势的Laplace问题，结合浸没边界法（IBM）捕捉自由表面运动，建立了一个二维完全非线性势流数值波浪水槽（NWT）。该NWT可考虑固定的、浸没的或壁侧表面穿透的物体。采用多重重叠网格方法计算了绕流和压力场。每个网格都有自己的自由表面，确保了身体附近的问题和更大规模的波传播问题之间的双向通信。压力场和结构上的非线性载荷通过求解势的时间导数的边值问题来计算。基于大到极端波陡的驻波的广泛测试，研究了求解器的稳定性和收敛特性，直到$H/λ=0.2$（$H$是波峰到波谷的波高，$λ$是波长）。最佳的时间和空间离散的范围内确定和高阶收敛性能进行了验证，首先不使用任何过滤器。对于具有高水平的非线性或长的模拟持续时间的情况下，使用温和的Savitzky Golay滤波器扩展模型的适用范围。然后，NWT对两个波浪水槽实验进行测试，分析在各种波浪条件下物体上的力。首先，非线性分量的垂直力作用在一个小的水平圆柱体与低淹没低于平均水位被证明是准确地模拟到三阶波陡。第二种情况是一个专门的实验与浮动驳船的矩形横截面。这个非常具有挑战性的情况下（身体与尖角在大浪）允许检查的行为（.继续...）
2021-08-26 physics.flu-dyn
Oscillating sources in a shear flow with a free surface
我们报告的进展，在存在淹没振荡线源（2D）或点源（3D）时，一个简单的剪切流是目前随深度线性变化的自由表面流。在计算波-体相互作用的位势理论领域中，这种源作为格林函数被常规使用，但在旋转流中不存在这样的理论。我们解决了线性化的问题，在2D和3D的第一性原理的基础上，欧拉方程，当源相对于未扰动表面是静止的。无论是在2D和3D的一种新型的解决方案出现相比，无旋的情况下，一个关键的层状流动，其表面表现形式（“波”）漂移下游的源在源深度的流动速度的来源。我们分析了额外的涡度的涡度方程，并提供了一个简单的物理参数，为什么临界层是一个必要的结果开尔文环流定理。在3D中，每个深度都会发生相关的临界层现象，从而水平面中的反向旋转涡流以当地流速向下游漂移。
2016-11-30 physics.flu-dyn
New formulation of the finite depth free surface Green function
对于三维有限深流体域中的脉动自由面源，本文给出了John [F。漂浮物体的运动2。简谐运动，通信。Pure Appl.Math.3（1950）45-101]叠加为朗肯源势、镜像源势和无限域$(0, \infty)$中的波积分。当源点与场点一起位于自由表面上时，John积分及其梯度不收敛，因为相应被积函数的积分$\int^\infty_κ$不像$κ$趋于$\infty$那样以一致的方式趋于零。因此，格林函数的计算不是基于波积分的直接积分，而是通过早期研究中的近似展开获得的。在本研究中，五个图像的源相对于自由表面镜和水床镜的图像方法被用来重新制定的波动积分。因此，源的自由表面格林函数被分解为Rankine势、五个镜像源势和一个新的波动积分，其中被积函数用一个光滑的快速衰减函数来近似。格林函数的梯度进一步制定，使相同的积分稳定性与波积分证明。本研究的意义在于改进的格林函数及其梯度的波动积分法是收敛的。因此，格林函数的评价是通过积分的被积函数在一个简单的方式。将该方法应用于规则波中浮体或潜体的运动，表明该近似方法在实际计算线性波浪载荷时具有足够的精度。
2020-04-28 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Magnetopause ripples going against the flow form azimuthally stationary surface waves
表面波处理湍流扰动，这些扰动驱动许多空间、天体物理和实验室等离子体系统的动态，而地球磁层的外边界，即磁层顶，为研究它们提供了一个可访问的环境。磁层顶表面波被认为像水面上的波浪一样，沿着驱动太阳风的方向传播，因此，在全球磁层动力学中，尾向传播的范例已经得到了很好的建立。在这里，我们通过多航天器的观测，全球模拟和分析理论，最低频率的脉冲激发磁层顶表面波，与地面磁场的常设结构，对边界外的流动传播。在很宽的当地时间范围内（09- 15小时），波的坡印廷通量精确地平衡了气流的平流效应，导致没有净能量通量，因此也有稳定的结构穿过场。然而，在赤道两侧，平流占主导地位，因此波向下传播，在共振频率下播种波动，随后通过开尔文-亥姆霍兹不稳定性增加振幅，并耦合到磁层体波。这种全球性的反应，与公认的范式相反，辐射带，电离层和极光动力学和其他动力系统的潜在应用的影响。
2021-10-06 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
