Strong polymer-turbulence interactions in viscoelastic turbulent channel flow
本文着重研究了粘弹性湍流导致聚合物诱导湍流减阻现象的基本机理。在这个问题上的一个巨大挑战是粘弹性湍流的计算，因为对聚合物物理的理解仅限于力学模型。一个有效的国家的最先进的数值方法来解决建模为非线性弹簧的聚合物的控制方程，而不使用任何人为的假设，像往常一样，在这里实施的第一次在一个三维通道流动几何。该算法捕捉强聚合物-湍流动力学相互作用的能力被描绘的结果，这是更接近定性的实验观察。这使得更详细的研究的聚合物湍流的相互作用，从而产生一个增强的图片上的聚合物湍流能量转移的机制。
2011-11-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Oscillatory elastic instabilities in an extensional viscoelastic flow
已知稀聚合物溶液即使在流体惯性可忽略时也表现出纯弹性不稳定性。在这里，我们报告的定量证据的两个连续的振荡弹性不稳定性的伸长流动的稀聚合物溶液中实现的T形接头的几何形状与长循环腔。这里报告的主要结果是观察和表征的第一个过渡作为一个向前的Hopf分岔导致在一个均匀的振荡状态，由于打破时间平移不变性。这一意想不到的发现是在对比与以前的实验和数值模拟进行类似的范围内的$Wi$和$Re$号码，其中的forward fork分叉成一个稳定的不对称流由于打破空间反演对称性的报告。我们讨论了我们的研究结果和以前的研究，可以归因于长的再循环腔，其中的再循环腔的长度起着至关重要的作用，而不是空间反演的时间平移不变性的突破之间的合理差异。第二个过渡表现为通过时间非周期性的横向波动的染色和未染色的流体流之间的接口在通道交界处和平流下游的平均流量。两种不稳定性的特征在于流体排出速率和流出通道中染色和未染色流体流之间的界面的同时成像。
2015-10-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mixing with viscoelastic waves at low Reynolds numbers
Lund University（隆德大学）；SciLife Lab, Lund University（瑞典国家生命科学中心，隆德大学）
本文研究了在低雷诺数条件下，通过粘弹性湍流提高微流控通道中分子和聚合物的混合效率，展示了粘弹性波动对反应速率和大分子混合的增强作用，并探讨了优化策略。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Kelvin-Helmholtz and Buckling Instabilities for a Viscoelastic Liquid
在这个流体动力学视频准备的APS-DFD画廊的流体运动，我们研究的开尔文-亥姆霍兹不稳定性的牛顿和粘弹性射流。射流运动的非线性动力学通过使用与扰动频率的精确定时控制耦合的同步选通效应而被减慢数量级。我们的研究结果表明，在高波数施加的扰动最初随时间线性增长，射流轴保持直线，而开尔文-亥姆霍兹波振幅的增长和卷起成袋，封装在自己的中央射流。在低波数（长波长）下，射流轴线在粘性应力的作用下发生弯曲，并且Kelvin-Helmholtz不稳定性和射流弯曲之间的耦合导致新的手风琴或人字形模式，这些模式随着时间的推移而增长，因为它们向下游移动。另外的粘弹性射流导致显着抑制的Kelvin-Helmholtz不稳定性的射流扰动幅度的增长和大的拉伸应力在流体中变得重要。对于长波，最初放松的粘弹性射流第一次以类似于牛顿溶剂的方式，但再一次的粘弹性效应抑制不稳定增长，因为它们对流下游。
2012-10-17 physics.flu-dyn
Nonlinear Dynamics of Coiling in Viscoelastic Jets
非牛顿流体的自由表面连续射流的不稳定性，虽然与许多工业过程有关，但在基本流体动力学方面仍然没有得到很好的理解。无粘性和粘性牛顿射流已被详细研究;粘性射流中的屈曲不稳定性导致射流的规则周期性盘绕，其表现出与下落高度的非平凡频率依赖性。很少有实验或理论研究存在连续的粘弹性射流超过发病的第一个不稳定性。在这里，我们提出了一个系统的研究粘弹性的动态表面活性剂溶液，形成蠕虫状胶束的自由表面连续射流的影响。我们观察到复杂的非线性时空动力学的射流，并揭示了从周期性的双周期或准周期的多频，可能是混沌动力学的过渡。在此区域之外，射流动力学平稳地跨越以显示“跳跃洗发水效应”或Kaye效应。这使我们能够将看似不同的喷射动力学视为连续不稳定性和它们之间的过渡的连贯画面。我们确定了相关的缩放变量的无量纲高度，流速，和弹性重力数，并提出了一个政权地图的射流的动力学在这些参数。
2010-12-09 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Microtomographic PIV measurements of viscoelastic instabilities in a 3D micro-contraction
众所周知，在一定的魏森伯格数（Wi）以上，通过突然的平面收缩几何形状的粘弹性流通过与壁分离的中心射流在收缩平面的上游变得不稳定，并在凸拐角处形成涡流。在这里，我们首次考虑微加工玻璃平方收缩几何形状中的三维（3D）粘弹收缩流动。我们采用国家的最先进的微断层粒子图像测速产生的时间分辨和体积量化的3D粘弹性不稳定性中产生的稀聚合物溶液驱动通过的几何形状在很宽的范围Wi，但在可以忽略不计的雷诺数。根据我们的观察，我们描述了新的见解的增长，传播和瞬态动力学的弹性涡流形成的上游的3D微收缩由于流喷射朝向收缩。在低Wi，我们观察到涡流增长增加Wi，其次是以前未报道的涡流增长平台区。在平台区，涡流围绕射流循环，其周期随Wi减小，但振幅与Wi无关。此外，我们报告了新的平面外不对称喷射行为与Wi的相位依赖。最后，我们解决的应变率张量D和归因于局部梯度D作为底层驱动程序的循环通过应变硬化的流体在射流的尾流。
2021-04-23 physics.flu-dyn
Universal coherent structures of elastic turbulence in straight channel with viscoelastic fluid flow
在本研究中，我们研究了在直的二维通道粘弹性流体流动的流动结构和弹性湍流的性质，并测试了早期的观察。我们发现了条纹和流向涡共存的弱不稳定相干结构（CS）的自组织循环过程，前者被Kelvin-Helmholtz不稳定性破坏，导致混沌结构。该序列周期性地重复自身，导致随机稳态。这种自持过程（SSP）非常类似于一个理论和实验研究的牛顿湍流在直槽流。意想不到的新成分是弹性波的观测，这发现是关键的存在的CS和SSP生成由于能量泵从大到小的尺度之前急剧的幂律衰减的弹性湍流能谱。研究结果表明，在弹性流体和牛顿流体的线性稳定平面剪切流动中，CSs通过自组织循环（SSP）向湍流过渡的普遍性。
2020-09-25 physics.app-ph physics.flu-dyn
Understanding viscoelastic flow instabilities: Oldroyd-B and beyond
Oldrophil-B模型已被广泛用于预测粘弹性流体剪切流动中的不稳定性，通常使用聚合物溶液通过实验实现。本评论，写在詹姆斯·奥尔德罗伊德诞辰一百周年之际，提供了一个概述的剪切流的主要类别的不稳定性。这些包括（i）正则直线剪切流，包括平面Couette流、平面Poiffille流和管道Poiffille流;（ii）具有弯曲流线的粘性剪切流，例如Taylor-Couette、锥板和平行板几何形状中的那些;（iii）具有潜在的拉伸流拓扑结构的非粘性剪切流，例如交叉槽装置中的流;以及（iv）多层剪切流。虽然在所有这些情况下的基本重点是使用Oldrocket-B模型获得的结果，我们还讨论了它们与实际的不稳定性，以及如何克服Oldrocket-B模型的缺点，可以使用更现实的本构模型。所有三种常用的稳定性分析工具，即，讨论了模态线性稳定性、非模态稳定性和弱非线性稳定性分析，并适当地从实验和数值模拟中得到支持证据。尽管只占剪切速率无关的粘度和第一法向应力系数，Oldrophil-B模型是能够定性预测上述剪切流中的大多数不稳定性。审查还强调，在适当的情况下，在粘弹性稳定性领域的开放性问题。
2022-02-16 physics.flu-dyn
The mean conformation tensor in viscoelastic turbulence
这项工作表明，流行的算术平均构象张量经常用于分析湍流粘弹性流动是不是一个很好的代表合奏。根据文献中的最新发展提出了替代方法，即几何和对数欧几里德方法。这些平均值在数学上与正定张量流形的黎曼结构一致，构象张量就存在于该流形上，并且具有有用的性质，使它们成为算术平均值的有吸引力的替代品。使用湍流FENE-P通道流数据集，它表明，这两个替代品是物理代表的合奏。根据定义，这些方法最小化实现的测地线距离，并精确地保持体积和主拉伸的标量几何平均值。建议的几何和对数欧几里德手段有一个明确的物理解释，并提供了一个有吸引力的数量湍流建模。
2019-02-20 physics.flu-dyn
New directions and perspectives in elastic instability and turbulence in various viscoelastic flow geometries without inertia
我简短地描述了在粘弹性无惯性流动中的弯曲流线的弹性驱动不稳定性和弹性湍流的主要结果。然后，我们描述了弹性湍流理论和Re< >1时弹性波的预测<1 and Wi>，它的速度取决于弹性应力，类似于磁流体力学中的Alfven波，而与所有其他流体流动的波速取决于介质弹性相反。由于已经建立并得到验证的曲线粘弹性流弹性失稳机制在零曲率下失效，因此平行剪切流与牛顿平行剪切流一样是线性稳定的。然而，平行剪切流的线性稳定性并不意味着它们的全局稳定性。在这里，我切换到主要的主题，即最近的发展，在惯性较小的平行剪切通道流动的聚合物溶液。在这样的流动中，我们发现了一个弹性驱动的不稳定性，弹性湍流，弹性波，和阻力减少到再层化，矛盾的线性稳定性预测。在这方面，我讨论短期正常与非正常的分叉在这样的流量，流动阻力，速度和压力波动，空间和频谱速度作为Wi的函数在一个高弹性数。
2022-04-21 physics.flu-dyn
Microbubble surface instabilities in a strain stiffening viscoelastic material
School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院）；Department of Mechanical Engineering, University of Michigan（密歇根大学机械工程系）；Department of Biomedical Engineering, University of Michigan（密歇根大学生物医学工程系）；Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系）；Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天工程与力学系）；Texas Materials Institute, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校德州材料研究所）
研究了粘弹性材料中微气泡表面不稳定性，推导出运动学一致的理论模型，验证了其在流变学和超声治疗中的应用。
2026-01-07 physics.flu-dyn
Re-picturing viscoelastic drag-reducing turbulence by introducing dynamics of elasto-inertial turbulence
近年来，粘弹性减阻湍流（DRT）的本质，特别是最大减阻（MDR）状态，成为人们争论的焦点。它一直被认为是聚合物调制的惯性湍流（IT），但最近提出的概念的弹性惯性湍流（EIT）的挑战。本文通过对平行平板通道中从DR开始到EIT的一系列流型的统计和预算分析，引入EIT动力学，重新描绘了平行平板通道中的DRT。在此基础上，提出了一种新的DRT能量自维持过程（SSP）。数值结果表明，在低雷诺数（Re）下，随着弹性系数的增加，EIT相关SSP形成前，流动进入层流状态;而在中等雷诺数下，EIT相关SSP可以参与并从再层化中幸存下来。这在某种程度上解释了为什么在小Re下观察到再层化，而在中等Re下流动直接进入MDR和EIT。此外，提出的能量图像，可以很好地解释新发现的现象，流向的速度脉动滞后于壁法线方向。重新描绘的SSP当然证明，随着弹性的增加，IT性质逐渐被DRT中的EIT性质所取代。
2021-08-10 physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Viscoelastic pipe flow is linearly unstable
已知牛顿管流在所有雷诺数下都是线性稳定的。我们报告，第一次，一个线性不稳定性的压力驱动的粘弹性流体的管流，遵守Oldrophil-B本构方程通常用来模拟稀聚合物溶液。的不稳定性被证明存在于雷诺数显着低于那些通常观察到的牛顿管流过渡到湍流。我们的研究结果定性地解释了实验观察到的过渡到湍流的稀聚合物溶液的管流中的流速牛顿湍流是不存在的。这里讨论的不稳定性应形成第一阶段，在一个迄今为止尚未探索的动力学路径的湍流聚合物溶液。平面Poiffille流也存在类似的不稳定性。
2017-12-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
Geometric decomposition of the conformation tensor in viscoelastic turbulence
这项工作介绍了一种数学方法来分析的聚合物动力学在湍流粘弹性流动，使用一个新的几何分解的构象张量，以及相关的标量测量的聚合物波动。该方法避免了传统的构象张量的雷诺分解的固有困难：波动张量场不是正定的，因此不保留张量的物理意义。构象张量的几何分解产生正定的平均和波动张量场。在本分解的波动张量有一个明确的物理解释为相对于平均配置的聚合物变形。这个波动的构象张量的标量措施开发的基础上的非欧几何的正定张量。减阻粘弹性湍流槽道流，然后使用一个例子的情况下研究。构象张量场，使用直接的数值模拟，分析使用所提出的框架。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Inertialess turbulence in viscoelastic pipe flow
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）
本研究在粘弹性管流中实验发现，即使在雷诺数远低于理论预测最低值四个数量级时，高浓度聚合物溶液仍能触发纯弹性湍流，证实无惯性湍流的存在。
2026-09-15 physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
Thermal convection of viscoelastic fluids in concentric rotating cylinders: Elastic turbulence and kinetic energy budget analysis
本文通过数值模拟研究同心旋转圆柱中黏弹性流体的热对流，揭示魏森贝格数增大引发的弹性湍流转变，并通过动能收支分析阐明混合对流传热增强源于聚合物向流场的动能传递。
2023-09-20 physics.flu-dyn
Instabilities in strongly shear-thinning viscoelastic flows through channels and tubes
本文在蠕流极限下研究强剪切变稀粘弹性流体在平面 Couette 流、通道流和管流中的线性稳定性，发现剪切变稀指数小于 0.3 时存在壁面局域的短波不稳定性及几何相关的有限波长不稳定性，并解释了实验观测中的蜿蜒型模态更不稳定现象。
2024-08-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coherent structures in Newtonian and viscoelastic turbulent planar jets
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Universidad Polit{é}cnica de Madrid（马德里理工大学）；Flow Matters Consultancy BV（Flow Matters咨询有限公司）
通过时空Koopman分解，研究了粘弹性平面射流中弹性湍流的触发与维持机制，发现近场弹性驱动条纹与聚合物拉伸结构是维持三维粘弹性射流弹性湍流的关键。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Exact travelling wave solutions in viscoelastic channel flow
弹性-惯性湍流（Elasto-Inertial Turbulence，EIT）是在聚合物溶液中观察到的一种新的二维混沌流态，可能与无惯性弹性湍流和减阻牛顿湍流有关。在这封信中，我们认为，EIT的起源是从根本上不同的牛顿湍流之间的动态连接EIT和弹性惯性线性不稳定性最近发现在高韦森伯格数（Garg等。121，024502，2018）。这种联系是通过隔离粘弹性平行流中的第一个已知的精确相干结构-非线性弹性惯性行波（TW）-在线性不稳定性下产生，并跟踪它们到EIT存在的显著较低的Weissenberg数来建立的。这些TW在聚合物拉伸场中具有独特的“箭头”结构，并且可以在EIT中清楚地识别，尽管是瞬时的，并且如果Weissenberg数足够大，则可以成为EIT动力学的吸引子。我们的研究结果表明，动力系统的图片，其中牛顿湍流是建立在共存的许多（不稳定的）简单不变的解决方案填充相空间进行EIT，虽然这些解决方案依赖于弹性的存在。
2020-06-15 physics.flu-dyn
Instabilities and turbulence in extensile swimmer suspensions
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Hangzhou International Innovation Institute of Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院）；Tor Vergata University of Rome（罗马第二大学）
本文研究可拉伸自驱动游动体悬浮液中的低雷诺数湍流，通过一维模型揭示张开失稳的超临界Hopf分岔机制，并利用二维数值模拟发现系统随单一无量纲数从缺陷湍流过渡到浓度波湍流。
2025-06-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Linear instability of viscoelastic pipe flow
模态稳定性分析表明，压力驱动的管流的Oldrophil-B流体是线性不稳定的轴对称扰动，在形成鲜明对比的牛顿对应的是线性稳定在所有雷诺数。控制稳定性的无因次组是雷诺数、弹性数和溶剂与溶液粘度之比。不稳定模式在相关参数空间中的整个不稳定区域上具有接近基态最大值的相速度，这意味着不稳定模式属于一类粘弹性中心模式。不同于牛顿转变，这是占主导地位的非线性过程中，线性不稳定性讨论这里可能是非常相关的粘弹性管流湍流的发病。事实上，不稳定性的预测与聚合物溶液管流的几项实验研究一致，从早期湍流的先前报告到最近发现的弹性惯性湍流。在这项研究中确定的不稳定性全面消除了普遍的概念，粘弹性流体的管流是线性稳定的，在Elastolds-Weissenberg平面，标志着一个可能的范式转变，在我们的理解过渡的直线粘弹性剪切流。
2020-03-20 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in viscoelastic channel flow of dilute polymer solutions
本研究通过FENE-P流体直接数值模拟，发现稀聚合物溶液粘弹性槽道流比牛顿流更早转捩，临界扰动振幅更低，转捩后聚合物可抑制脉动实现减阻，且两者临界扰动均遵循γ≈-1.25的Re幂律标度。
2023-11-06 physics.flu-dyn
Spatio-temporal Signatures of Elasto-inertial Turbulence in Viscoelastic Planar Jets
本研究结合纹影成像和激光多普勒测速探索稀聚合物平面射流中的弹性惯性湍流（EIT），发现流体弹性非单调地影响射流稳定性，在完全湍流区表现出独特的相干结构和-3幂律频谱特征。
2023-05-23 physics.flu-dyn
Viscoelastic Suppression of Gravity-Driven Counterflow Instability
试图通过插入致密钻井“泥浆”，即，如果重力驱动的逆流中的开尔文-亥姆霍兹不稳定性产生湍流，将较致密的流体破碎成小液滴，那么从上面的致密矿物浆料将失败。在这里，我们估计液滴尺寸为快速流动的亚毫米，并建议添加剪切增稠聚合物来抑制湍流。实验室实验表明，在相关的高速度下，从液滴形成到完全湍流抑制的进展，说明了通过在重力驱动的逆流流动中使用剪切增稠液体可获得的丰富的新物理。
2010-12-14 physics.flu-dyn physics.soc-ph
Competing instabilities in wide-gap viscoelastic Taylor-Couette flow: Taylor vs. helical vortices
Institute of Hydrodynamics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院水动力学研究所）
本文采用Oskolkov模型，通过直接数值模拟研究小半径内圆柱旋转的宽间隙粘弹性泰勒-库埃特流的稳定性，发现弹性力增大会使螺旋扰动比轴对称扰动更危险，临界雷诺数与线性理论预测一致。
2026-09-01 physics.flu-dyn
Probe particles in odd active viscoelastic fluids: how activity and dissipation determine linear stability
本研究探究奇数活性黏弹性流体中探针粒子的线性稳定性，明确流体活性引发不稳定性的条件，揭示粒子动力学与介质奇异性、活性的关联。
2024-02-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drag enhancement and drag reduction in viscoelastic flow
无惯性的聚合物流体的蠕变流动表现出弹性不稳定性和弹性湍流，并伴随着由于流动拉伸的聚合物产生的弹性应力引起的阻力增强。然而，在高$\mbox{Re}$和低流体弹性$El$的惯性主导流动中，湍流摩擦阻力的减小是由惯性应力和弹性应力之间的复杂竞争引起的。在这里，我们探讨了在广泛的控制参数$El$和$(\mbox{Re}, \mbox{Wi})$的惯性对粘弹性流动的稳定性的影响。我们给出了在$\mbox{Wi}-\mbox{Re}$坐标系下观测到的流态的稳定性图，发现不稳定性的起始点意外地显示出对$El$的非单调依赖性。此外，基于$El$来识别图中的三个不同区域。引人注目的是，对于高弹性流体，我们发现了一个完整的relaminarization流在雷诺数的顺序的团结，从一个众所周知的湍流减阻不同。这些违反直觉的效果可以解释为有限的聚合物的可延展性和在高$\mbox{Wi}$的涡度抑制。我们的研究结果需要进一步的理论和数值发展，以揭示在粘弹性流动中的弹性湍流的惯性效应的作用。
2018-09-11 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Role of elasto-inertial turbulence in viscoelastic drag-reducing turbulence
本文通过 RSS 与 ESS 非线性部分对阻力的贡献，揭示 DRT 是 IT 与 EIT 竞争共存并相互作用的结果，EIT 从壁面向中心扩展并最终形成 MDR。
2021-03-03 physics.flu-dyn
Elastic wake instabilities in a creeping flow between two obstacles
它示出的通道流动的稀聚合物溶液之间的两个广泛间隔的圆柱体阻碍流动是一个重要的范例的无界流的情况下，其中的通道壁位于足够远离的圆柱体。在两个宽间距的圆柱体之间的蠕变粘弹性通道流的不稳定性的定量表征揭示了两个弹性驱动的过渡，这是与时间反演和镜像对称性的破坏：霍普夫和前向分叉描述的两个序参量$\mbox{v}_{rms}$和$\barω$，分别。我们建议，减少障碍物之间的归一化距离导致崩溃的两个分叉成余维2点，许多非平衡系统的情况一般。然而，惊人的和意想不到的结果是通过在粘弹性流动中保持流线曲率处增加涡长来发现涡量增长的机制，这与众所周知的通过聚合物添加剂抑制牛顿流动中的涡量形成鲜明对比。
2017-05-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of human blood plasma: Viscoelastic versus Newtonian behavior
我们研究了人血浆在剪切流和拉伸流中的流变特性。虽然我们可以确认在实验分辨率内的剪切流的牛顿行为，我们发现在毛细管破裂流变仪的纯拉伸流的血浆的粘弹性行为。在具有收缩-膨胀几何形状的微流体装置中测试血浆的粘弹性对毛细血管血流的影响。压差测量表明，等离子体具有显着的流动阻力相比，纯水。补充测量表明，等离子体的粘弹性甚至可能导致在某些条件下的粘弹性不稳定性。我们的研究结果表明，血浆的粘弹性不应被忽视，在未来的研究血液流动。
2013-02-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Turbulence modulation by finite-size spherical particles in Newtonian and viscoelastic fluids
实验研究了在不同颗粒体积分数和固定雷诺数条件下，有限尺寸球形颗粒对牛顿流体和减阻粘弹性流体湍流的影响。实验是在方管中进行的，雷诺数$Re_{2H}$接近$1.1\times10^4$，Weissenberg数$Wi$为1-2之间的单相流，并在43%的阻力减少相比，牛顿流（在相同的$Re_{2H}$）。颗粒几乎是中性浮力的水凝胶球，其密度比为1.0035 $\pm$ 0.0003，导管高度${2H}$与颗粒直径$d_p$的比率约为10。我们测量四个不同的体积分数$ϕ$，即5，10，15和20%，通过使用折射率匹配的粒子图像测速（PIV）的流量统计。对于牛顿流体（NF）和粘弹性流体（VEF），阻力随着$ϕ$单调增加。对于NF，由于颗粒添加而导致的阻力增加的幅度可以使用体积分数低于10%的浓度依赖性有效粘度来合理地估计。然而，在较高的$ϕ$下，阻力增加被低估。对于VEF，阻力的绝对值低于NF，但其增加率与$ϕ$较高。与NF中的颗粒类似，VEF中的颗粒倾向于向管道中心迁移，并在壁处形成高浓度层。有趣的是，对于VEF，观察到相对较高的朝向中心的迁移和较低的朝向壁的迁移。对于两种流体，在整个管道高度上，主雷诺剪应力随着$ϕ$的增加而减小。
2018-11-28 physics.flu-dyn
Dynamics of viscoelastic pipe flow in the maximum drag reduction limit
聚合物添加剂可以显著降低湍流的阻力，并且所谓的“最大减阻”（MDR）渐近线的上限是通用的，即与所使用的聚合物和溶剂的类型无关。直到最近，人们的共识是，在这种极限下，流动处于一种边缘状态，只有最低水平的湍流活动持续存在。在直接数值模拟中使用最小尺寸的通道的观察似乎支持这一观点，并报告了长期的“冬眠”期，湍流被边缘化。在模拟管流，我们发现，事实上，随着韦森伯格数（Wi）的增加，湍流表示长时间的冬眠，如果域的大小是小的。然而，随着管道长度的增加，时间的冬眠不断改变时空的不稳定性，在这里的流动由湍流喷流包围的层流。此外，当Wi增加时，流动完全重新分层，与最近的实验一致。在甚至更大的Wi下，遇到不同的不稳定性，导致朝向MDR的阻力增加。因此，我们的研究结果链接早期最小流动单元模拟与最近的实验，并确认，聚合物的加入最初抑制牛顿湍流，并导致反向过渡。另一方面，MDR状态由单独的不稳定性产生，并且基本动力学对应于最近提出的弹性惯性湍流（EIT）状态。
2018-08-13 physics.flu-dyn
Viscoelastic effect on steady wavy roll cells in wall-bounded shear flow
了解近壁减阻湍流流动的另一个步骤是检查层流背景下组织良好的流向涡中的流动。本文研究了Giesekus粘弹性流体在旋转平面Couette流动系统中的流动行为，该流动系统伴有稳态的滚动胞结构。通过将雷诺数和旋转数固定在提供稳定的波浪形滚动单元的值，即，一系列曲折的流向涡，Weissenberg数增加到2000（其中弛豫时间由壁速度和运动粘度归一化）。我们观察到，在粘弹性流动中，二次流（壁面法向和展向速度波动）被抑制，而流向分量被维持，并且波状滚转单元被调制成与流向无关的直滚转单元。在非湍流背景下，研究了平均剪切流、横摇单元引起的雷诺应力和粘弹性应力之间的动能输运。我们进一步讨论了调制机制及其与粘弹性壁湍流减阻现象的关系。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Marangoni instability in a viscoelastic binary film with cross-diffusive effect
粘弹性流体通常是聚合物溶质和牛顿溶剂的共混物。在存在温度梯度的情况下，这些溶质的分层可以通过Soret效应发生。在这里，我们考虑流体的二元方面，研究了薄粘弹膜的经典马兰戈尼不稳定性问题。该膜由可变形的自由表面在上方界定，通过固体基底从下方经受加热。对有限波长扰动（短波扰动）进行的线性稳定性分析表明，该系统既可以出现单调不稳定性，也可以出现振荡不稳定性。Soret扩散的存在下，热毛细和solutocillary力之间的相互作用被发现会引起两种不同的振荡不稳定性，其中一种模式被忽略了以前，即使是牛顿二元混合物。作为这项工作的主要结果，我们提供了一个完整的图片的敏感性不同的不稳定模式的模型参数值的基础上。最后，一个近似模型的长波分析的框架下，它可以定性地描述系统的稳定性行为，而无需数值求解的问题。
2020-05-28 physics.flu-dyn
A continuous pathway between the elasto-inertial and elastic turbulent states in viscoelastic channel flow
我们表明，粘弹性平面Poiffille流成为线性不稳定的惯性的情况下，在高弹性的限制，超稀聚合物溶液。虽然无惯性弹性不稳定性已被预测为曲线剪切流，这是有史以来第一次报告的纯弹性线性不稳定性的直线剪切流。新的不稳定性继续上升到一个雷诺数（$Re$）的$O(1000)$，对应于最近确定的弹性惯性湍流状态被认为是最大阻力减少制度的基础。因此，对于高弹性超稀聚合物溶液，一个单一的线性不稳定的模态分支可能是过渡到弹性湍流在零$Re$，并在中等$Re$的弹性惯性湍流，这意味着连续的路径的存在，连接的湍流状态彼此，并层流的基础状态。
2021-03-11 physics.flu-dyn
Anomalous Reynolds stress and dynamic mechanisms in two-dimensional elasto-inertial turbulence of viscoelastic channel flow
本研究系统考察二维弹性惯性湍流的统计特征与动力学机制，发现异常负贡献雷诺应力，并通过象限分析与动力学预算揭示其与三维EIT的异同，证实EIT的二维本质。
2025-02-08 physics.flu-dyn
Layer formation in horizontally forced stratified turbulence: connecting exact coherent structures to linear instabilities
我们认为湍流分层的“Kolmogorov”流，驱动水平剪切的正弦体强迫的形式中存在一个强加的背景线性稳定分层在第三个方向。这种流动结构允许对相干结构的形成进行受控调查，相干结构在这里通过随着分层强度的增加而使背景切变倾斜来将流动组织成水平层。通过数值收敛精确的稳定状态从直接数值模拟的混沌流，我们表明，第一次，一个强大的连接线性理论预测不稳定性从无穷小扰动的强大的有限振幅非线性分层状态中观察到的湍流。我们调查所观察到的垂直长度尺度是如何与主要的线性不稳定性，并与先前考虑的剪切不稳定性导致在其他水平剪切流层形成的例子进行比较。
2017-09-11 physics.flu-dyn
Toward a structural understanding of turbulent drag reduction: nonlinear coherent states in viscoelastic shear flows
非平凡的稳定流最近被发现，捕获的湍流缓冲层的主要结构。我们研究了在平面Couette流中聚合物的加入对这些“精确相干态”的影响。尽管ECS流的简单性，这些效果密切反映了实验观察到的：结构转移到更大的长度尺度，壁正常的波动被抑制，而流向的增强，阻力减少。阐明了这些影响的机制。这些结果表明，ECS是密切相关的缓冲层湍流。
2002-11-20 nlin.CD physics.flu-dyn
Control of particle clustering in turbulence by polymer additives
研究了粘弹性湍流中惯性粒子的成团特性。研究是通过直接数值模拟的湍流Oldrophil-B模式。聚合物的均匀湍流的小尺度特性的影响被认为是在有关其后果的颗粒，轻，重比携带流体的聚类。我们发现，根据颗粒和流动参数，聚合物可以增加或减少集群。
2012-03-08 nlin.CD physics.flu-dyn
Early turbulence in viscoelastic flow past a periodic cylinder array
本研究通过二维直接数值模拟发现，添加聚合物使流经周期性圆柱阵列的粘弹性流在极低雷诺数下发生早期转捩，揭示了由弹性力主导的混沌波动状态及阻力增强机制。
2024-10-15 physics.flu-dyn
Pathways to Elastic Turbulence in Giant Micelles Through Curvature Ratios in Taylor-Couette Flow
该研究使用基准剪切带胶束体系，首次量化了流线曲率对流动不稳定性的影响，识别了通向弹性湍流的两种转变路径，构建了基于曲率比和 Weissenberg 数的通用状态图，并确定了弹性湍流发生的标度规律。
2025-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-dimensional elastic turbulence
我们研究了聚合物添加剂对二维Kolmogorov流动在非常低的雷诺数直接数值模拟的Oldrophil-B粘弹性模型的效果。我们发现，在弹性不稳定阈值以上，流动会发展出最近在实验中观察到的弹性湍流状态。我们观察到，湍流阻力和李雅普诺夫指数增加与Weissenberg，表明存在一个无序的，类似于混合流。能谱发展出幂律标度范围，其指数接近实验和理论预期。
2007-12-18 nlin.CD physics.flu-dyn
A mechanism for oscillatory instability in viscoelastic cross-slot flow
粘弹性液体的内部滞止点流动在包括拉伸粘滞平衡、聚合物加工和微流体技术在内的广泛应用中出现。在实验上，这些流动早就被认为表现出不稳定性，但它们背后的机制以前没有被阐明。我们计算证明了存在一个超临界振荡不稳定性的低雷诺数粘弹性流动在一个二维的十字槽几何形状。的波动是密切相关的“双折射链”的高度拉伸的聚合物链与流出的停滞点在高Weissenberg数。此外，我们描述了不稳定的机制，这是由于流动与拉伸应力和它们在驻点区域的陡峭梯度的耦合。
2007-03-28 physics.flu-dyn
A Period-Doubling Route to Chaos in Viscoelastic Kolmogorov Flow
本文数值研究了粘弹性流体二维周期平行剪切流，发现足够大弹性下产生的行波会经历一系列倍周期分岔最终通向混沌，揭示了纯弹性湍流的转变机制。
2025-03-03 physics.flu-dyn
Inertia-driven and elastoinertial viscoelastic turbulent channel flow simulated with a hybrid pseudo-spectral/finite-difference numerical scheme
由于粘弹性本构方程的双曲线性质，粘弹性流动的数值模拟具有挑战性。尽管伪谱方法具有优越的精度和效率，但在双曲问题中需要引入人工扩散（AD）以实现数值稳定性，这改变了系统的物理性质。本研究提出了一种混合的数值方法，集成了迎风总变差递减（TVD）有限差分格式，这是已知的双曲问题的稳定性，聚合物应力对流项到一个整体的伪谱数值框架。数值稳定的解决方案，获得了Weissenberg数远远超过O（100），而不需要无论是全球或本地AD。并排与现有的伪谱代码的比较揭示了AD的影响，这是显着不同的流动制度。当使用AD时，在稳定伪谱方法所需的任何水平上，弹性惯性湍流（EIT）都被非物理地抑制。这归因于急剧压力冲击在其自我维持周期中的重要性。然而，在由经典惯性机制主导的湍流产生机制中，仍然存在可接受的AD范围，该范围可以安全地用于预测减阻湍流的统计、动力学和结构。详细的数值分辨率分析的新的混合方法，特别是捕捉EIT状态，也被提出。
2020-10-19 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Spatiotemporal linear stability of viscoelastic free shear flows: non-affine response regime
我们提供了一个详细的比较的二维，时间和时空的线性化分析的粘弹性自由剪切流动的限制在低到中等的雷诺数和弹性数服从四种不同类型的应力-应变本构方程：Oldrophil-B，上对流Maxwell，Johnson-Segalman（JS）和线性Tanner-Thien Tanner（PTT）。由此产生的四阶Orr-Sommerfeld方程转化为一组六个辅助方程，通过复合矩阵法进行数值积分。时间稳定性分析表明，（a）弹性稳定在较高的弹性数值，（b）非单调的不稳定模式，在低到中间值的弹性数的JS以及PTT模型。为了理解弹性、雷诺数和粘度对PTT模型的时间稳定性曲线的影响，我们考虑第四个参数，中心线剪切速率，$ζ_c$。“JS行为”在低于$ζ_c$的临界值时恢复，在高于该临界值时，PTT基底应力（相对于JS模型）减弱，从而解释了弹性的稳定影响。布里格斯的思想解析延续部署到分类区域的时间稳定性，绝对和对流不稳定性，以及倏逝模式，并与以前进行的实验结果进行比较，牛顿流体以及粘弹性流动通过一个圆柱体。相图揭示了两个熟悉的区域的惯性湍流修改弹性和弹性湍流以及（最近证实）区域的弹性惯性湍流和陌生的时间稳定区域的中间值的雷诺数和弹性数。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Amplification of localized body forces in channel flows of viscoelastic fluids
粘弹性流体通道流中分布体力的非模态放大的研究提供了有用的见解的机制，可能会管理过渡到弹性湍流的初始阶段。然而，分布体力是不容易实现的实验，所以有必要检查放大的本地体力。在这项工作中，我们使用线性化的控制方程来研究这种放大在Poietille流的FENE-CR流体。我们首先确定壁正常的位置，在那里的脉冲激励经历最大的放大，然后分析的波动和由此产生的流结构的动能。对于在高雷诺数的牛顿流体和在低雷诺数的粘弹性流体，最大的放大发生在靠近通道壁的扰动。我们的能量演变的分析表明，在展向方向的局部体积力有最大的影响，流向速度分量的影响最大。对于粘弹性流体，我们观察到的旋涡结构远离脉冲激励源的发展。这一特征在牛顿流体中不太突出，它可能提供了一种触发向弹性湍流过渡的初始阶段的机制。
2017-11-10 physics.flu-dyn
Instabilities and Topological Defects in Active Nematics
我们研究了一个可扩展的活动湍流的连续介质模型，表明中尺度湍流的发展分为两个阶段：（i）有序区域经历一个内在的流体动力学不稳定性，产生壁，强弯曲变形线，（ii）壁通过形成相反电荷的缺陷对而松弛。缺陷对的产生和湮灭都使经历进一步不稳定的双稳态区域恢复，从而导致动态稳定状态。我们比较这与发展的主动湍流在一个收缩的积极的心脏。
2013-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Prediction of flow and elastic stresses in a viscoelastic turbulent channel flow using convolutional neural networks
本文利用卷积神经网络从壁面测量数据预测粘弹性湍流中的速度脉动和聚合物应力脉动，并探索由速度或压力场重建聚合物应力场的可行性，为流动控制和实验测量提供非侵入式方法。
2024-08-17 physics.flu-dyn stat.ML
Mixing layer instability and vorticity amplification in a creeping viscoelastic flow
我们报告的定量证据混合层的弹性不稳定性的粘弹性流体流动之间的两个相距甚远的障碍物阻碍了通道流在$Re\ll1$和$Wi\gg1$。在障碍物之间的区域形成了两个剪切速度分布不均匀的混合层。混合层的不稳定性出现在附近的拐点上的剪切速度剖面上的弹性应力的急剧变化。不稳定性的结果在混合层中的小涡的间歇性外观和放大的时空平均涡的弹性湍流制度。后者的特征在于通过与$Wi$的摩擦因子的标度，以及压力和速度谱。此外，报告的观察提供了改进的理解的粘弹性流体中的混合层的稳定性在大的弹性，即$Wi\gg1$和$Re\ll1$，并反对目前的观点，抑制涡度仅由聚合物添加剂。
2018-09-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active matter in a viscoelastic environment
活性物质系统，如真核细胞和细菌，不断地将化学能转化为运动。因此，生命系统对它们所处的复杂环境施加积极的压力。这种复杂性的一个反复出现的方面是围绕生命系统的介质的粘弹性：细菌分泌它们自己的粘弹性细胞外基质，并且细胞在胶原的粘弹性网络内不断变形、增殖和自我推进。因此，必须了解活性物质如何改变粘弹性流体，以及如何被粘弹性流体改变。在这里，我们提出了一个两相模型的活性物质，动态地与被动的粘弹性聚合物相相互作用，并在两个维度进行数值模拟，以说明其适用性。最近的实验的动机，我们首先研究的抑制细胞分裂的粘弹性介质周围的细胞。我们进一步表明，模型角膜细胞的自推进被修改的聚合物松弛周围的粘弹性流体在一个不均匀的方式，并发现，增加聚合物粘度有效地抑制细胞的运动。最后，我们探讨了阻碍影响的粘弹性介质上的通用流体动力学不稳定性的活性向列相通过模拟动态的聚合物流体内的活性条纹。这里提出的模型可以为研究更复杂的动力学，如多细胞生长系统与粘弹性环境的相互作用提供一个框架。
2020-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Experimental observation of the origin and structure of elasto-inertial turbulence
如果速度和惯性力足够大，剪切流中一般会产生紊流.与此形成鲜明对比的是，粘弹性流体即使在惯性消失的情况下也能表现出无序运动。在这些情况之间的中间，一种新的混沌运动状态，“弹性惯性湍流”（EIT），已被观察到在一个狭窄的雷诺数区间。我们在这里确定的起源EIT在实验中，并表明，特征EIT结构可以检测到在一个意想不到的宽范围的参数。接近发病的人字形条纹图案出现在线性理论非常一致。然而，不稳定性可以追溯到远低于理论允许的雷诺数。由于惯性的增加，二次失稳引起由倾斜的近壁条纹和剪切层组成的壁模。这种模式持续到所谓的"最大减阻极限"，并且发现总体EIT在雷诺数超过三个数量级的粘弹性流动中占主导地位。
2021-02-26 physics.flu-dyn
