Hydrodynamic force on a small squirmer moving with a time-dependent velocity at small Reynolds numbers
该研究采用微扰理论计算小雷诺数下时变速运动小型球形非定常squirmer的流体动力，将相关研究从被动粒子推广到主动粒子，揭示了游动步态对流体动力的影响及内问题非齐次解的额外贡献，并计算了对应扰动流。
2023-12-19 physics.flu-dyn
The Influence of Yaw on the Unsteady Surface Pressures over a Two-Wheeled Landing-Gear Model
起落架噪声是运输机日益严重的问题。这种现象的一个关键决定因素是表面压力场。以前的研究已经描述了这个领域时，迎面而来的流量是完美的齿轮对齐。在实践中，可能有一个横流组件，在这里它的影响进行了实验研究的一个通用的，两轮，起落架模型。研究发现，小至5°的偏航角会引起整体流动拓扑和非定常表面压力的显著变化。最值得注意的是，在背风叶轮的外侧面，大尺度分离取代了前缘分离泡后面的主要附着流。对非定常表面压力的影响包括在可听频率范围内的内容的显著变化，这意味着偏航是起落架噪声的一个重要参数，纯粹的无偏航研究可能不能完全代表这个问题。
2020-09-22 physics.flu-dyn
Role of corner flow separation in unsteady dynamics of hypersonic flow over a double wedge geometry
本文研究了双楔体高超声速绕流中激波结构自诱导振荡的起源和维持。以前，许多研究人员考虑了不同来流和几何参数（如来流马赫数、楔角和楔长）变化的无粘流的双楔流动构型。近年来，对于具有大第二楔角的双楔构型，很少有文献揭示高超声速粘性流场的非定常流动物理。然而，这种自持流量振荡的原因还不完全清楚。本文研究了不同后楔角和楔长比的低焓高超声速流动中这种振荡的起源，考虑了马赫数为7、前楔角为30°的双楔粘性流动。利用OpenFOAM中rhoCentralFoam求解器的改进版本，对分离区和激波-激波干扰区不同网格分辨率下的双楔流场进行了数值模拟。这项研究证实了从以前的文献中观察到的改进的参数范围内的结果在一个自我维持的周期性振荡。本研究还表明，当入射激波位于后楔扩张角附近时，由于不同的楔长比（L1/L2）或后楔角（θ2），非定常是可能的。如果入射激波远超前于后楔形扩张角，则在大后楔形角时，流动仍然是稳定的。
2021-03-10 physics.flu-dyn
Material spike formation in high Reynolds number flow separation
我们应用最近的框架不变理论的分离尖峰形成复杂的非定常流动，包括湍流分离气泡，冲击射流，并围绕一个自由移动的圆柱和自由旋转的椭圆流。我们展示了该理论如何捕捉材料尖峰形成的发病，没有任何假设的流动类型（稳定，周期性，不稳定）或分离类型（上或离壁，固定或移动边界）。我们发现了新的现象，例如从壁内分离到壁外分离的转变、最初不同的尖峰的合并以及仍然隐藏在以前方法中的严重材料尖峰的存在。这些结果揭示了一个涉及网络的尖峰出现，相互作用，并动态合并，导致最终喷射的颗粒从壁在高度瞬态流分离过程。
2019-03-25 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic theory and experiments of hovering membrane wings
University of South Florida（南佛罗里达大学）；Brown University（布朗大学）
本研究通过结合理论与实验，提出一种用于高攻角悬停膜翼不稳气动响应的理论模型，验证了膜片变形对升力的预测能力。
2025-12-08 physics.flu-dyn
Topology optimization of passively moving rigid bodies in unsteady flows
Tokyo University of Science（东京科学大学）；The University of Osaka（大阪大学）
本研究提出了一种用于非稳态流中被动移动刚体的拓扑优化方法，通过耦合求解动力学方程与流体方程，优化刚体形状并评估方法有效性。
2026-01-26 math.OC physics.flu-dyn
Separable unsteady nonparallel flow stability problems
所谓的“直接”的方法来分离变量的线性偏微分方程的水动力稳定性问题。在柱坐标系下对完全线性稳定性方程进行了计算。本文定义了几类描述空间发展的非定常流动的纳维-斯托克斯方程的精确解，它们的线性稳定性问题可以严格地归结为常微分方程的特征值问题。这些精确可解的非平行和非定常流动稳定性问题可用于检验近似方法和基于（线性化）纳维-斯托克斯方程直接数值模拟的方法。粘性不可压缩纳维-斯托克斯方程的精确解被确定为基本状态，线性稳定性问题是精确可分的，从理论和工程观点来看，它们本身可能是令人感兴趣的。
2005-07-10 physics.flu-dyn
Tip-leakage-flow excited unsteadiness and associated control
本研究采用分区大涡模拟探究涡轮机械叶尖泄漏流自激非定常性的机理，揭示其由涡分离、泄漏射流与主流相互作用诱发，提出微偏移叶尖设计可有效抑制该非定常性及相关压力脉动。
2024-05-16 physics.flu-dyn
Unsteady separation and oscillations in a compressible wake of a cylinder
本文重新分析高超声速圆柱近尾流振荡实验，指出其受临界雷诺数控制，并提出基于总尾流动量厚度的St_θ作为跨球体、锥体和圆柱的通用相似参数。
2024-08-06 physics.flu-dyn
On the unsteady dynamics of partially shrouded compressible jets
实验研究了在两种不同喷管压比（$ζ=4$和$5$）下，平面喷管中部分覆盖的声射流（一侧由固体壁面延伸部分屏蔽的声自由射流）。我们的实验表明，固有的射流不稳定性，从激波诱导的流动分离的墙壁和发出的噪音在远场强烈耦合，通过一系列的实验，如高速纹影，壁静压，非定常压力谱，和麦克风测量。部分带罩射流的横向自由膨胀也是一个复杂的、三维的过程，产生的噪声具有方向性。从扑动射流发射的声脉冲，辐射噪声从激波诱导分离的墙壁上，和激波剪切层的相互作用在另一侧的墙壁上是负责所产生的声扰动。部分壁面约束射流剪切层顶部和底部的非均匀气动声学强迫导致了自持射流振荡和离散声发射。通过高速纹影图像的适当的正交分解，并辅以其他测量的重要功能。
2021-09-20 physics.flu-dyn
Physics-informed neural networks modeling for systems with moving immersed boundaries: application to an unsteady flow past a plunging foil
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique LISN-CNRS（数字科学跨学科实验室 LISN-CNRS）
针对绕运动物体非定常流动，提出浸没边界感知的MB-PINN与MB-IBM-PINN框架，实现速度重建和压力恢复，并结合物理采样提升数据效率。
2023-06-23 cs.LG physics.flu-dyn
Modeling unsteady loads on wind-turbine blade sections from periodic structural oscillations and impinging gusts
本文通过势流解析模型与高保真二维数值模拟，研究周期性俯仰、沉浮和阵风扰动下NACA-0012翼型的非定常升力响应，验证了模型在中小扰动下的有效性，并指出在接近静态失速时理论存在不足，为非定常模型纳入风力机设计工具提供了依据。
2024-06-15 physics.flu-dyn
Understanding the training of PINNs for unsteady flow past a plunging foil through the lens of input subdomain level loss function gradients
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
该研究通过定义运动体区、尾流区和外部区，并基于区域损失分量梯度统计量与样本点比例提出两个新指标，揭示了物理损失松弛和基于物理的欠采样下驱动MB-PINNs训练的主导输入子域及其与解梯度的关系。
2024-02-27 cs.LG physics.flu-dyn
Unsteady Aerodynamics and Vortex-sheet Formation of A Two-dimensional Airfoil
机翼和翼型的非定常无粘流动模型已经发展到研究自然和人造飞行器的空气动力学。涡方法已被广泛应用于这些空气动力学模型的降维，其基础是对尾流中涡的强度和分布进行适当的估计。在这种模拟方法中，最基本的问题之一是涡面是如何产生的，并从尖锐的边缘释放。为了确定后缘涡面的形成，通过认识到流动不能围绕锐边突然转向，可以将经典库塔条件扩展到非定常情况。由于已知形成涡面的方向与后缘相切，所以这个条件可以很容易地应用于平板或具有尖尾缘的翼型。然而，对于有限角后缘，或在离开尖角的流动分离的情况下，形成的涡面的方向是不明确的。为了消除任何特别的实现，非定常库塔条件、环量守恒以及质量和动量守恒定律被耦合起来，以解析地求解后缘涡面的角度、强度和相对速度。通过定常和非定常背景流中翼型的流动结构和力计算与实验结果的比较，验证了二维空气动力学模型以及所提出的涡面形成条件。
2016-11-17 physics.flu-dyn
The Generation of Gravity-Capillary Solitary Waves by a Pressure Source Moving at a Trans-critical Speed
通过实验和数值模拟研究了自由水面对以恒定速度$U$在$0.95c_\mathrm{min} \lesssim U \leq 1.02 c_\mathrm{min}$范围内运动的局部压力源的非定常响应，其中$c_\mathrm{min}$是深水中线性重力-毛细波的最小相速度。这种不稳定的响应状态由源后面的V形图案组成，其特征在于从V形的尖端周期性地脱落成对的凹陷，Diorio等人首先定性地观察到这种不稳定的响应状态（Phys. Rev. Let.，103，214502，2009），并称为状态III。在本研究中，利用电影阴影和基于折射的技术来测量源下游的自由表面变形图案在其沿着拖曳罐移动时的时间演变，而Cho等人（J. Fluid Mech.，672，288-306，2011）用于将实验结果延长比实验中可能的时间更长的时间。从实验中发现，这些凹陷的速度-振幅特性和形状与无粘势理论中自由传播的重力-毛细团块的速度-振幅特性和形状几乎相同。凹陷的衰减率是从它们的高度-时间特性来测量的，它们很好地拟合了具有1阶衰减常数的指数衰减律。结果表明，随着源强度和速度的增加，低压对的脱落周期减小。当源速度接近$c_\mathrm{min}$时，对于所有源震级，该周期趋于约1~s。在状态Ⅲ的低速边界处，发现了一种新的非定常非对称凹陷脱落响应，该响应也可由模型方程预测。
2016-10-04 physics.flu-dyn
Boundary layer instability control in the unsteady cloud cavitating flow
本文提出了一种被动边界层控制方法，对CAV 2003基准翼型吸力面和尾流区的空腔涡结构进行了控制。该方法可用于不同的应用中，例如船舶、水轮机和水力机械。首先，本文采用混合URANS湍流模型对三维非定常云空泡流场进行了数值模拟，并结合实验数据进行了验证。我们使用开源代码OpenFOAM和欧拉-欧拉空化模型进行了数值模拟。其次，研究了被动边界层控制方法对翼型吸力面和尾流区涡结构的影响。结果表明，这种控制方法可能会影响翼型表面和后缘附近的边界层结构。利用该技术，在弦长方向上对翼型表面的压力分布和速度场的脉动部分进行了修正。这种方法使边界层稳定，延迟了边界层的分离。因此，可以预期空化引起的振动的显著减少。
2018-08-18 physics.flu-dyn
Flow dynamics and wall-pressure signature in high-Reynolds number overexpanded nozzle with free shock separation
在雷诺数等于1.7 × 10 ^7时，对激波诱导分离的过膨胀喷管流进行了延迟分离涡模拟（DDES）。流动的不稳定性，其特征是自持激波振荡，引起局部非定常负荷的喷嘴壁，以及全球离轴力。对于不稳定性的驱动因素，我们仍然缺乏一个清晰的物理理解。在目前的条件下，喷管在高度过膨胀状态下工作，在喷管轮廓内有一个锥形分离激波，在喷管中心与马赫盘汇合。我们目前的研究重点是非定常压力签名的喷嘴壁，通过使用傅立叶频谱分析进行的时间和方位波数空间。数值计算结果与实验测量结果吻合较好。频谱的特点是存在一个大的颠簸在低频范围内与呼吸运动的冲击系统和一个广泛的和高振幅的峰值在高频产生的湍流活动的分离剪切层。此外，在一个中间频率（1000 Hz的顺序）观察到一个明显的峰值持续在沿喷嘴壁的壁压谱。在方位波数空间中的压力信号的分析表明，该峰值明显地与第一（非对称）压力模式相关联，并且其因此与侧向载荷的产生相关联。此外，它被发现，非定常马赫盘的特点是由一个强烈的旋涡脱落活动和这些旋涡与第二个激波单元的相互作用是在喷嘴内的航空声学反馈回路的维持的一个关键因素。
2019-06-20 physics.flu-dyn
Dynamic Transition From Regular to Mach Reflection Over a Moving Wedge
规则反射（RR）和马赫反射（MR）现象之间的过渡影响着超声速和高超声速吸气式飞行器的设计。本文的目的是数值研究二维楔形体上非定常超声速流从RR到MR的动态转变，楔形体的后缘在自由流马赫数为$M_{\infty}=3$时沿$x$方向以速度$V(t)$向上游运动。使用非定常可压缩无粘流求解器进行模拟，该求解器在开源CFD工具OpenFOAM \textsuperscript{\textregistered}中实现。此外，通过移动网格边界，执行任意拉格朗日-欧拉（ALE）技术来应用楔形运动。此外，声波和分离标准被用来定义从RR到MR的动态过渡过程中的楔角的增加。不同的约化频率，$κ$，在$[0.1-2]$的范围内的移动楔被施加到研究的滞后动态过渡从稳态条件。结果表明，$κ=0.4$的临界值区分了从RR到MR的快速和渐进滞后。此外，由于激波在楔形体快速运动期间向下游弯曲，从RR到MR的过渡发生在双解域（DSD）之上。
2023-02-28 physics.flu-dyn
Blast wave induced unsteady flow at the shock tube opening
本研究利用开口激波管在马赫数1.2-1.8范围内产生爆炸波，详细探究了管口非定常可压缩流动，发现并记录了反向激波等未报告的瞬态特征。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Dynamic Transition From Mach to Regular Reflection Over a Moving Wedge
马赫反射（MR）和规则反射（RR）现象之间的过渡影响着超声速和高超声速吸气式飞行器的设计。本研究的目的是数值研究二维楔形体上非定常超声速流动从MR到RR的动态转变。在自由流马赫数为$3$时，楔形体后缘以速度$V(t)$沿$x$ -方向向下游移动。一个非定常可压缩无粘流求解器被用来模拟的现象。此外，任意拉格朗日-欧拉（ALE）技术被应用到变形的网格在楔运动。从MR到RR的动态转变由两个标准定义，音速和冯-诺依曼。此外，在[0.1-2]的范围内，使用各种约化频率$κ$来研究从稳态条件的动态转变中的滞后。在约化频率、$κ=1.5$和$2.0$的高值处，冲击系统中的滞后效应是显著的。此外，由于激波在楔形体快速运动时向上游弯曲，因此从MR到RR的转变发生在双解域（DSD）之下。
2023-02-28 physics.flu-dyn
Analysis of an unsteady quasi-capillary channel flow with Time Resolved PIV and RBF-based super resolution
本文研究了非定常准毛细通道流中加速接触线的行为。该配置由沿着垂直2D通道移动的液柱组成，该通道向大气开放并由受控压头驱动。分析了前进和后退接触线，以检验经典的动态润湿模型的有效性，并研究了界面附近的流场。操作条件的特征在于大的加速度，因此由惯性主导。采用基于激光诱导荧光（LIF）的图像处理技术对运动弯月面的形状进行了反演，同时采用时间分辨粒子图像测速（TR-PIV）技术对附近的流场进行了分析。在后处理过程中，采用本征正交分解（POD）和径向基函数（RBF）相结合的方法对TR-PIV测量结果进行了增强，以实现速度场的超分辨率。观察到大的反向旋转的旋涡，并监测其演变的最大强度的Q场。结果表明，经典的基于界面速度的接触角定律不能描述宏观尺度下接触角的演化。此外，界面动力学对流场的影响是相当大的，并延伸几个毛细管长度以下的接口。
2022-05-10 physics.flu-dyn
The Launch Dynamics of Supersonic Projectiles
弹丸从各种装置的身管中发射时，由于与周围非定常流场的相互作用，其气动特性十分复杂，本文采用动网格法对弹丸与激波相互作用的影响进行了计算研究。圆柱形和圆锥形射弹已被用来研究这种相互作用和这种流场的流体动力学。结果表明，弹丸对爆炸波的超驰作用对弹丸非定常气动特性的总体影响不受弹丸外形的影响。然而，它是注意到，弹丸的配置不影响非定常流结构，因此，阻力系数的圆锥形弹丸显示出相当大的变化，从圆柱形弹丸。详细分析了弹丸与二次激波相互作用时的气动特性。还观察到，在相互作用过程中的二次冲击波的特性的变化是不同的弹丸配置。采用粘性和无粘两种方法对弹丸的空气动力学特性进行了数值模拟。结果表明，粘性对弹丸气动特性的影响可以忽略不计，但粘性对弹丸周围的非定常流场结构有一定的影响。
2012-11-08 physics.flu-dyn
High Reynolds number Navier-Stokes solutions and boundary layer separation induced by a rectilinear vortex
本文计算了半平面内直线涡与边界相互作用的二维流动的Prandtl方程和纳维-斯托克斯方程的解。对于这个初始数据，普朗特方程在有限时间内发展出一个分离奇点。研究了不同雷诺数$Re=10^3-10^5$下Navier-Stokes方程解的非定常分离的不同阶段，发现粘性边界层与无粘外流之间存在大尺度的相互作用。我们还看到一个后续阶段，其特征在于存在一个小规模的相互作用，这是可见的，只有中高Re数$Re=10^4-10^5$。我们还调查了边界层理论的渐近有效性比较普朗特的解决方案，Navier-Stokes解决方案在非定常分离的各个阶段。
2013-10-24 math-ph math.AP math.MP
Fluid kinetic energy asymptotic expansion for two variable radii moving spherical bubbles at small separation distance
在理想流体中，考虑两个半径变化的球形气泡沿其中心线运动。得到了流体动能的精确表达式。斯托克斯流函数在双球坐标系中展开为盖根鲍尔多项式。该展开式用于获得流体动能二次型系数的精确级数。通过与已知系列的比较，证实了新系列的正确性.新的动能形式的主要优点是在气泡之间的小分离距离处获得渐近展开的可能性。得到了这些展开式并分析了它们的收敛性。研究结果可用于描述声场中气泡在接触前的接近和聚并过程。
2019-12-12 physics.flu-dyn
Unsteady High-Lift Mechanisms from Heaving Flat Plate Simulations
扑翼动物飞行通常被建模为俯仰和垂荡运动的组合，以研究非定常流结构和由此产生的力，可以增加动物的升力和推进能力。这项工作隔离了扑翼飞行的升沉运动，以数值研究雷诺数为40，000时的流动物理特性，这是大型鸟类和蝙蝠的典型状态，由于层流到湍流过渡的复杂性增加，因此模拟具有挑战性，其中边界层分离和再附着传统上更难以预测。采用大涡模拟方法模拟了薄平板在1 °、5 °、9 °、13 °和18 °固定攻角下的周期性升沉。与定常流相比，升沉运动显著增加了平均升力，并且由于形成了在静态失速区持续存在的前缘涡（LEV），升沉运动也超过了准定常预测。在整个升沉周期中的增升机构的进展是在迎角范围内。与等效稳态流相比，升力增强最多可达17%，最多可达24%，比准稳态分析预测的要高。对于所研究的运动学范围，发现最大升力增强发生在迎角为13 °时，最大升力系数为2.1，平均升力系数为1.04。
2017-10-11 physics.flu-dyn
On the Role of the Wall Curvature in the Development of Flows Reattached over an Airfoil through Unsteady Blowing
本研究通过12个合成射流作动器在NACA0025翼型上实施非定常强迫控制流动分离，发现高低频激励下相干结构输运机制不同，并基于量级分析推导出的涡量与角动量解析表达式与实验数据高度吻合。
2024-02-18 physics.flu-dyn
Grid-converged Solution and Analysis of the Unsteady Viscous Flow in a Two-dimensional Shock Tube
激波管中的流动是极其复杂的，由于激波、接触表面和管侧壁上的边界层的相互作用，具有尖锐锋、流动分离和旋涡的动态多尺度结构。预测和理解复杂的流体动力学具有重要的理论和实际意义。这也是一个极具挑战性的问题，数值模拟，特别是在相对较高的雷诺数。Daru & Tenaud（Daru，V. & Tenaud，C. 2001年非定常粘性激波流TVD高分辨率格式的评价。Computers & Fluids 30，89-113）提出了一个二维模型问题作为高分辨率格式的数值试验，以模拟方形封闭激波管中的流场。虽然许多研究人员已经尝试了这个问题，使用各种计算方法，还没有一个商定的网格收敛的解决方案，在雷诺数为1000的问题。本文提出了一个严格的网格收敛研究和网格收敛的解决方案，这个问题使用一个新开发的，有效的，高阶气体动力学格式。从融合解决方案中提取的关键数据将作为基准数据进行记录。详细讨论和分析了Re = 1000时流动的复杂流体动力学。数值计算揭示的主要现象包括流体通过弯曲激波的向下集中、涡的形成、激波分叉的机理、射流沿底壁的结构以及接触面附近的Kelvin-Helmholtz不稳定性。
2017-05-25 physics.flu-dyn
Sequential learning based PINNs to overcome temporal domain complexities in unsteady flow past flapping wings
Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Technology Madras（航空航天工程系，印度理工学院马德拉斯分校）；Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique LISN-CNRS（跨学科数字科学实验室（LISN-CNRS））
本文提出基于序列学习的PINNs方法，用于解决翼拍流动中长时间积分的误差积累和计算复杂性问题。
2025-03-19 cs.LG physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of particle-laden flow in a linear compressor cascade: Unsteady boundary-layer effects on particle-blade interactions
HEDPS, CAPT, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学系）
通过点颗粒直接数值模拟，研究合成自由流湍流下线性压缩机叶栅中的颗粒负载流动，量化叶片-颗粒碰撞及侵蚀热点，揭示非定常边界层动力学对侵蚀的影响。
2026-09-15 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic effects in small-amplitude pitch oscillations of an airfoil
本文采用高精度壁面分辨大涡模拟（LES）研究了Re = 100，000时翼型小振幅俯仰振荡的流动物理特性。非定常现象的研究是在自然层流翼型的背景下进行的，在某些“非设计”条件下，自然层流翼型可以显示气动力对迎角的敏感依赖性。桨距振荡的动态范围被选择为在该敏感区域中。在整个俯仰周期中，观察到翼型吸力面上的过渡点变化很大，导致动态富流响应。前缘层流分离泡的稳定性特性的变化对边界层动力学具有主要影响，并引起翼型上转捩位置的突变。LES程序是基于一个松弛项模型的最小的未解决的尺度耗散。对通道流和Re = 400，000时的固定机翼进行了验证。
2019-04-16 physics.app-ph physics.flu-dyn
Deep Reinforcement Learning for Active Flow Control around a Circular Cylinder Using Unsteady-mode Plasma Actuators
深度强化学习（DRL）算法正在迅速进入流体力学，这些技术在广泛的科学和工程应用中取得了显着成就。在本文中，深度强化学习（DRL）代理已被用于训练人工神经网络（ANN），使用计算流体动力学（CFD）数据执行围绕二维圆柱的主动流动控制（AFC）。在雷诺数Re_D = 100的条件下，采用A2C算法，通过在分离点附近的圆柱表面布置两个对称的等离子体激励器，研究了流动控制策略。DRL代理通过操纵两个等离子体致动器的无量纲突发频率（f^+）与计算流体动力学（CFD）环境交互，并且时间平均的表面压力被用作对深度神经网络（DNN）的反馈观察。结果表明，使用恒定的无量纲突发频率的常规致动给出了21.8%的最大减阻，而DRL代理能够学习控制策略，实现22.6%的减阻。流场分析表明，减阻过程伴随着强烈的流动再附，尾迹区的平均速度幅值和速度脉动显著减小。这些结果证明了深度强化学习（DRL）范式在执行主动流量控制（AFC）方面的强大能力，并为开发适用于实际应用的强大流量控制策略铺平了道路。
2020-12-18 physics.flu-dyn
Unsteadiness in turbulent separated flow over a three-dimensional Gaussian bump
University of Washington（华盛顿大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）
研究三维高斯突起上湍流分离流的不稳定性，发现四种频率跨度大的现象，揭示几何尺度与低频动力学的关联。
2026-03-05 physics.flu-dyn
Experimental characterization of shock-separation interaction over wavy-shaped geometries through feature analysis
本文通过高频PSP、Kulite测量和阴影成像，结合高阶动态模态分解与谱正交分解，实验研究了Mach 2流场中波状表面的激波-分离相互作用，揭示了其低中频非定常特征及分离区频率范围。
2024-09-24 physics.flu-dyn
Modeling fast acoustic streaming: steady state and transient flow solutions
我们描述了一种新的数学方法来取代经典的方法，并妥善处理的声学和剩余的流体动力学之间存在的时空尺度的差异。在这项工作中，该方法被应用到众所周知的问题的半无限范围内定义的纳维-斯托克斯方程，并保留非定常流体的行为驱动的声波。快速（声学）和慢速（流体动力学）时空尺度之间的控制方程的分离显示自然产生的流体的内在属性下强迫，而不是任意的假设事先。非定常流场方程的解决方案提供了物理洞察观察到的时间演变的散装流，迄今为止，还没有被建模。用新方法导出了描述非定常流动的Burgers方程。通过假设定常流，用Riccati方程来描述声流，求解这些方程可以直接、简明地了解声流现象的非线性，并给出了将声能输入转换为声流能量输出的能量效率的绝对、通用上限为50%。严格的验证与经典文献的实验和理论结果连接这项工作，许多作者过去的努力。
2022-04-06 physics.flu-dyn
Curvilinear Moving Overset Method for High-order Non-dissipative Schemes
Auburn University（奥本大学）
提出一种无耗散、高阶精度的曲线移动重叠网格方法，通过特征分解仅施加传入特征变量，单层边界点实现高阶精度和长时间稳定，适用于含运动部件的复杂几何非定常可压缩流动模拟。
2026-06-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Elastic waves in a Hele-Shaw cell with a co-moving Kelvin-Helmholtz-like parallel shear flow
本研究在无曲率或扰动的直 Hele-Shaw 槽中，通过不同速度的平行聚合物溶液产生剪切流，首次观察到弹性波，其频率和波速与魏森贝格数成比例。
2024-01-22 physics.flu-dyn
Analysis of the trajectory of a sphere moving through a geometric constriction
我们提出了一个数值研究的效果，流体和颗粒的惯性对悬浮的球形颗粒的运动通过几何收缩，以了解类似的微流体设置，如捏流分馏装置。在静止的流体中，颗粒被恒定的力驱动，收缩（收缩间隙）对应于平面壁和第二个相同大小的固定球体（障碍物）之间的空间。结果表明，由于惯性和/或几何收缩的存在，颗粒与障碍物的距离较小。然后，我们将最小表面到表面分离与短程排斥性非流体动力学相互作用（例如由于表面粗糙度、静电双层排斥等引起的固-固接触）的效果相关联。对粒子轨迹的影响特别是，使用一个简单的硬核排斥势模型，这样的相互作用，我们推断，粒子将经历更大的横向位移移动通过捏间隙的惯性增加和/或孔径的收缩减少。因此，由于与颗粒相关的惯性差异，基于密度差异的颗粒分离原则上是可能的。我们还讨论了显着的惯性的情况下，其中存在的一个小的建设可能会阻碍分离，减少惯性效应。
2013-06-19 physics.flu-dyn
Dynamics of unsteady premixed flames in meso scale channels and the effects of varying the wall heating conditions
本研究探究介观尺度通道内甲烷-空气预混火焰在双峰壁面加热条件下的动力学，发现了新的非定常传播火焰工况，并结合理论分析了其与重复熄火点火火焰的差异及耦合特性。
2024-08-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
A comparison between bottom-discontinuity numerical treatments in the DG framework
在这项工作中，使用一个统一的框架组成的三阶精度的间断Galerkin格式，我们进行了比较五种不同的数值方法来模拟底部台阶上的自由表面浅水流动。再加上研究的整体影响，这种技术对数值模型，我们强调的作用，底部不连续性的治疗中发挥的保护特定的渐近条件。特别是，我们认为三种广泛的方法，如果要保持不动的稳定状态，以及两种方法（一个以前设想的前两个作者和一个原始），这也是有希望的保存一个移动的水稳定状态。几个一维的测试用例被用来验证三阶精度的模型在模拟非定常流，在连续和不连续的底部的情况下的静态流的模型的行为，以及良好的分辨率性能的计划。此外，具体的测试情况下，介绍了不同的方法时，底阶与定常和非定常运动流相互作用的行为。
2019-12-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Control of bow shock induced three-dimensional separation using bleed through holes
本文通过风洞实验研究了由方形突起（宽度和高度均约为当地边界层厚度的两倍）诱导的壁面非定常三维分离流及其通过孔被动抽吸的控制，马赫数为$2.87$。对无任何控制的基线血流进行表征，并与出血病例进行比较。从油流可视化中追踪到壁面上的弓形分离线，其中跨中分离长度为$5.57δ$。使用放置在壁上的静压端口测量的平均压力分布绘制了分离流中的高原，高压和低压区域，这与三维相互作用不同。对10种控制配置进行了试验，在不同的压力区中沿跨中放置抽吸孔。从油流可视化中观察到高达$0.93δ$的展向“分离长度的平均减少”。对各种控制配置的观察结果进行比较表明，从高压区排出气流通常可以延迟分离并减小气泡尺寸。此外，时间分辨纹影可视化已经证实，在高压区引入吸力后，“中跨分离长度”和“激波间歇区”均减小。对纹影数据进行的傅立叶和正交分解分析证实了在有控制和无控制的情况下，在$10^{-2}$阶Strouhal数下存在低频分离激波振荡。此外，分离激波振荡的振幅在频谱中的高，低压区的两个孔同时引入的吸力被降低。
2022-11-22 physics.flu-dyn
Kinetic modelling of three-dimensional shock/laminar separation bubble instabilities in hypersonic flows over a double wedge
本文研究了由激波/边界层干扰（SBLI）引起的三维展向均匀层流分离泡（LSB）的线性整体不稳定性。在对应于自由流动单位雷诺数$Re_1=5.2\times 10^{4}$ m $^{-1}$的这些条件下，流动表现出稀疏效应，激波厚度与分离时附面层的大小相当。这反过来又需要使用高保真直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法来准确地解决非定常流特征。我们第一次表明，LSB维持自激，小振幅，3-D扰动，导致展向周期性的流动结构不仅在和下游的分离区域，如在众多的实验和数值模拟，而且在内部结构的分离和分离激波层。发现两个区域中结构的展向周期长度和生长速率相同。结果表明，线性整体不稳定性导致分离激波与分离激波相交形成的三相点的低频不稳定，对应的Strouhal数为$St\sim0.02$。展向均匀基流和主导的三维流动本征模的线性叠加提供了LSB和激波层中线性不稳定性之间强耦合的进一步证据。
2021-01-22 physics.flu-dyn
Mobility tensor of a sphere moving on a super-hydrophobic wall: application to particle separation
本文讨论了流体动力学行为的一个球体接近一个微图案化的超疏水表面描述的交替无滑移和完美的滑移条纹。在物理上，完美滑移条纹模拟了平行凹槽，其中在流体和固体壁之间形成大的气垫，从而引起气液界面处的滑移。利用边界元法（BEM）在处理混合无滑移/完全滑移边界条件时的潜力，系统地计算了不同颗粒与壁面相对位置和不同颗粒半径时的迁移率张量。粒子流体力学的特点是由一个非平凡的流动性领域，提出了一个独特的近壁的行为，壁图案直接影响粒子的运动。在远场，壁图案的效果可以通过具有适当定义的表观滑移的均匀壁的有效描述来准确地表示。球体在外力作用下的运动轨迹也作了较详细的描述。当力的横向分量的频率与由壁图案施加的特征交叉频率相匹配时，发现共振制度。研究发现，在共振条件下，粒子发生平均横向漂移。由于共振条件取决于颗粒半径，因此该效应原则上可用于构思基于超疏水表面的颗粒分选装置。
2017-03-30 physics.flu-dyn
A hybrid partitioned deep learning methodology for moving interface and fluid-structure interaction
我们提出了一个混合分区深度学习框架，用于流体-结构相互作用的降阶建模。在任意拉格朗日-欧拉参考系下，利用离散化的Navier-Stokes方程，生成流场全阶快照和点云位移，作为流体-结构动力学学习和推理的目标数据。这种方法的混合操作是通过基于深度学习的降阶模型（DL-ROM）将流体和固体子域的两个数据驱动模型结合起来。提出的框架包括分区的数据驱动的驱动程序的非定常流和移动点云位移。在流体-结构界面处，力信息在两个分区子域求解器之间交换。我们的框架的第一个组成部分依赖于适当的正交分解为基础的递归神经网络（POD-RNN）作为DL-ROM过程来推断点云与移动接口。该模型利用POD基模式来降低维度，并通过RNN使它们及时进化。第二部分采用基于卷积的递归自编码器网络（CRAN）作为一个自我监督的DL-ROM程序来推断静态欧拉探针的非线性流动动力学。我们引入这些探头作为空间结构化的查询节点在移动点云处理拉格朗日欧拉冲突一起方便训练CRAN驱动程序。为了确定这些欧拉探针，我们构建了一个新的快照字段传输和负载恢复算法。一个流行的原型流固耦合问题的流动过去的自由振荡的气缸被认为是评估所提出的方法的效率为一个不同的一组减少的速度。所提出的框架跟踪接口描述可接受的精度和预测的非线性尾流动力学在选定的测试数据范围。
2021-10-30 physics.flu-dyn
Experimental study of forces on freely moving spherical particles during resuspension into turbulent flow
湍流再悬浮是一种利用湍流将固体颗粒从底部提升的过程，在环境和工业应用中普遍存在。该过程是一系列事件，开始于颗粒从其位置被逐出的初始运动，继续在表面上滑动或滚动，结束于颗粒从表面脱离并被提升到流动中。在这项研究中，重点是与流体的密度和直径与柯尔莫哥洛夫长度尺度可比的固体球形颗粒的再悬浮。我们在振荡网格湍流中跟踪它们的运动。我们同时测量了沿底部光滑壁面自由运动的颗粒和周围流动示踪剂的拉格朗日轨迹。根据颗粒的运动和局部流动参数估计了作用在颗粒上的不同力项。结果表明：\emph{i}）升力占主导地位; \emph{ii}）自由运动颗粒上的阻力在这种类型的再悬浮中不太相关; \emph{iii}）Basset（历史或粘性-非稳态）力是不可忽略的分量，在离地事件之前起着重要作用。虽然我们不能非常准确地估计力项的大小，但我们发现，在再悬浮期间，它们在$2\div10$乘以浮力大小的范围内。这些发现不能外推到比柯尔莫哥洛夫长度尺度小得多或比流体密度大得多的粒子。尽管如此，目前的研究结果可以帮助模拟的沉积物传输，颗粒过滤，气力输送和混合的生物反应器。
2016-05-28 physics.flu-dyn
Study of Unsteadiness due to 3-D Shock-Boundary Layer Interaction in Flow over a Square-faced Protuberance
通过风洞实验研究了三维方面突起物激波诱导非定常分离流的动力学特性。时间分辨纹影成像和非定常表面压力测量的诊断。采用纹影快照的动态模式分解（DMD）、压力数据的频谱分析和相关分析来表征和解决流动物理问题。在中心线的平均激波脚被发现表现出约0.01的Strouhal数，这也是在二维激波-边界层相互作用的文献中报道的Strouhal数的数量级。壁面压力谱一般随着远离中心线（展向）而向低频移动，峰值的性质也有一些变化。互相关分析表明，平均激波振荡对平台区有很强的依赖性，扰动从分离泡内部向上游传播。直到斯特劳哈尔数约为0.015，展向平均激波脚位置之间观察到良好的相干性，表明三维激波脚主要以相干方式来回移动。
2023-01-21 physics.flu-dyn
Moving mesh FSI approach for VIV simulation based on DG method with AMR technique
在RKDG与AMR框架内开发运动网格FSI算法，采用高阶IPDG方法离散粘性项，并通过多阶段验证及SJs流动控制研究，证实了算法准确性与低频SJs完全抑制VIV的效果。
2025-04-03 physics.flu-dyn
Directional locking in deterministic lateral displacement microfluidic separation systems
在确定性极限和零雷诺数条件下，分析了球形悬浮颗粒通过正方形障碍物阵列的运动轨迹。我们表明，在稀疏近似的广泛分离的障碍物，粒子的平均运动是相当于一个点粒子移动通过一个阵列的障碍物的有效半径的轨迹。有效半径占的悬浮颗粒和障碍物之间的流体动力学以及短程排斥非流体动力学的相互作用，等于临界偏移在颗粒轨迹变得不可逆。使用这个等效系统，我们证明了存在的方向锁定的粒子的轨迹，并推导出一个不等式，准确地描述了魔鬼的楼梯类型的结构中观察到的迁移角作为一个函数的强制方向。最后，我们使用这些结果来确定最佳的分辨率，在使用确定性的横向位移分离微流控系统的二元混合物的分馏。
2014-04-04 physics.flu-dyn
Spike formation theory in 3D flow separation
我们开发了一个框架不变的理论，在流动分离过程中的材料尖峰形成在一个无滑移边界的三维流与任意时间的依赖性。基于近壁物质表面最大主曲率的精确演化，我们的理论确定了固定和移动分离。我们的方法是有效的，在很短的时间间隔，并承认瞬时限制。作为一个副产品，我们推导出明确的公式的温加滕地图的演变和一般的三维流平流的任何表面的主曲率。我们确定的物质主干首先作为一个先驱，后来作为拉格朗日流分离的核心。我们发现以前未检测到的尖峰点和曲线的分离骨干连接到边界，并提供基于墙的分析公式，其位置。我们说明了我们的结果在几个稳定和非稳定的流动。
2023-02-24 math-ph math.DS math.MP
Accelerating high order discontinuous Galerkin solvers through a clustering-based viscous/turbulent-inviscid domain decomposition
本研究利用无监督聚类划分不可压缩流动的粘性/湍流与无粘区域，结合间断Galerkin框架分区求解不同方程，搭配局部P-自适应后最高可降低45%计算成本且保持精度。
2024-03-08 physics.flu-dyn
On the co-existence of transonic buffet and separation-bubble modes for the OALT25 laminar-flow wing section
针对OALT25层流翼型的跨声速流动，通过尺度解析模拟和谱本征正交分解，揭示了跨声速抖振、分离泡等三类非定常模态的共存特性及雷诺数、马赫数对各模态的不同影响规律。
2022-09-21 physics.flu-dyn
Resolvent-analysis-based design of airfoil separation control
本文结合三维大涡模拟（LES）和预解式分析，对NACA 0012翼型进行分离主动控制设计。在$6^\circ$和$9^\circ$两种过失速迎角下，考虑了翼型上的展向周期流动，其弦基雷诺数为$23,000$，自由流马赫数为$0.3$。在前缘附近，以开环方式引入局部非定常热激励，激励频率和展向波长为两个可调参数。对于实现完全再附着的最成功的控制情况，我们观察到阻力减小达$49\%$，升力增加达$54\%$。为了提供基于物理的指导，这些控制输入参数的有效选择，我们进行全球预解分析的基线湍流平均流量，以确定驱动频率和波数，提供高能量放大。本分析还考虑使用时间滤波器来限制评估能量放大的时间范围，以将预解式分析扩展到不稳定基流。我们将放大和响应模式从预解式分析提供一个度量，量化与模态结构的动量混合。通过比较此度量从预解式分析和LES控制流的结果，我们表明，预解式分析可以预测驱动频率的有效范围以及对驱动输入的全局响应。支持从预解分析和LES的结果之间的协议，我们相信，这项研究提供了使用预解分析在指导未来的主动流动控制的见解。
2018-05-06 physics.flu-dyn
Calibration of projection-based reduced-order models for unsteady compressible flows
在这项工作中的降阶模型（ROM）的校准分析。Galerkin和最小二乘Petrov-Galerkin（LSPG）方法进行了测试可压缩流涉及的时间尺度的差异。针对LSPG方法提出了一种新的标定策略，并对两个测试用例进行了分析。第一种包括亚音速翼型流，其中边界层不稳定性是后缘噪声产生的原因，第二种包括具有瞬态周期的超音速翼型流，其中分离激波在后缘处发生激波-涡流相互作用的同时向上游传播。结果表明，校准产生稳定和长期准确的两种情况下。为了减少LSPG模型的计算量，采用加速贪婪缺失点估计（MPE）算法进行超约简。对于第一种情况，超约化得到的LSPG解与全阶模型得到的LSPG解有很好的比较。然而，对于超音速的情况下，流动的瞬态特征需要适当地捕获的采样点。否则，运动冲击波的动力学不能完全恢复。不同的时间推进计划的影响也进行了评估，不同的文献中报道，Galerkin模型被证明是更准确的比LSPG计算时，非保守形式的纳维-斯托克斯方程求解。对于超音速情况，Galerkin和LSPG模型（无超简化）捕捉了沿翼型的分离和斜激波的总体动力学。然而，当激波-涡相互作用发生在后缘时，Galerkin ROM能够捕获来自涡脱落的高频波动，而LSPG呈现出更多的耗散解，不能恢复流动动力学。
2020-08-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving in the presence of slip and shear near a wall
通过直接数值模拟研究了单壁流动中球形小颗粒有限滑移运动时所受的升力和阻力。滑移速度对颗粒力的影响作为分离距离的函数进行了分析，对于低滑移和剪切雷诺数（$10^{-3} \leq Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$）在静态和线性剪切流。根据模拟结果，建立了适用于任意颗粒壁面间距和$Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$的广义升力模型。所提出的模型现在可以预测的升力在线性剪切流中的存在或不存在的滑移，并在静态流时，滑移存在。现有的阻力模型也进行了比较，静态和线性剪切流的数值结果，以确定哪些模型捕捉近壁滑移速度最准确的低颗粒雷诺数。最后，我们比较了建议的升力模型的结果，以前的实验结果的浮力颗粒和中性浮力（无力）的颗粒在静止和线性剪切流中移动到壁附近的数值结果。提出的广义升力模型可用于预测生物和工业流中颗粒悬浮液的行为，其中基于滑移和剪切的颗粒雷诺数为$\mathcal{O}(10^{-1})$及以下。
2020-08-13 physics.flu-dyn
Averaging theory for the structure of hydraulic jumps and separation in laminar free-surface flows
本文提出了一个简单的边界层自由表面流动的粘性理论，它可以适用于分离流动的区域。特别是，这产生了静态水跃的结构，在其圆形和线性版本中，以及以恒定速度移动的结构。最后，我们将展示如何基本的水力概念的亚临界和超临界流，起源于无粘理论，出现在我们的模型中的中间长度尺度。
1997-08-07 physics.flu-dyn
