Thermocapillary Flow on Superhydrophobic Surfaces
在结构化超疏水表面上方的Cassie-Baxter状态的液体由于其与固体紧密接触的大的自由表面分数而理想地适合于表面驱动的传输。我们调查热Marangoni流的超疏水阵列的鳍片取向平行或垂直于所施加的温度梯度。在斯托克斯极限，我们推导出一个解析表达式的体积流速度的表面以上，并比较它与数值解的纳维-斯托克斯方程。即使对于中等的温度梯度，也会引起相对较大的流速，这表明将该原理用于微流体泵送。
2010-03-22 physics.flu-dyn
Stokes flow of incompressible liquid through a conical diffuser with partial slip boundary condition
本文用矢量势法给出球坐标下线性化定常 Navier-Stokes 方程的等价通解，并分析锥形扩压器中部分滑移条件下的 Stokes 流，揭示滑移诱导涡量。
2024-12-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lamb-type solution and properties of unsteady Stokes equations
在球极坐标系中，我们导出了无界流体非定常Stokes方程的时域和频域通解。该解决方案是在矢量球谐函数的扩展，并给出了一个特定的解决方案，成比例的压力梯度表现出幂律空间依赖性，和矢量亥姆霍兹方程的解决方案，在远场指数衰减，分解最初介绍了兰姆。该解可应用于构造由任意速度分布在球形边界处引起的瞬态外流，例如在微型游泳者的蠕动模型中所产生的。它可用于构造由初始条件驱动的瞬态流、由体积力驱动的无界流或由静止球形颗粒引起的对非定常流的扰动的解。溶液的长时间行为受边界平均（或集体）运动所对应的流动分量的控制。这一结论通过对存在固定球时横波衰减的研究得到了说明。我们进一步表明，一般表示减少到著名的解决方案，进行振荡刚体（平移和旋转）运动的球体周围的非定常流。建议的解决方案表示提供了一个明确的形式的速度潜力远离振荡体（“广义”达西定律）和高，低频率的扩展。首阶高频展开产生众所周知的理想（无粘）流近似，首阶低频展开产生定常Stokes方程。我们导出了这些近似的高阶修正，并讨论了达朗贝尔佯谬。将通解延拓到虚频率，得到描述多孔介质中粘性流的Brinkman方程的通解。
2022-07-04 physics.flu-dyn
Stability and equilibria of a compressible elastic membrane in Stokes flow
New Jersey Institute of Technology（新泽理工学院）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Purdue University（普渡大学）
研究可压缩脂质双层膜在斯托克斯流中的连续体模型，用磷脂密度守恒替代局部面积不可扩展性。推导二维圆形和三维球形膜的线性稳定性，揭示脂质密度等因素与形状不稳定性的关系。
2026-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A numerical study of the longitudinal thermoconvective rolls in a mixed convection flow in a horizontal channel with a free surface
本文用数值方法研究了液体在水平通道上流动时，在底部均匀加热下的三维层流混合对流。上表面是自由的，并假设是平坦的。耦合的Navier-Stokes方程和能量方程的数值求解有限体积法考虑热毛细效应（Marangoni效应）。当浮力、热毛细效应和强迫对流的强度与$(Ri\backsimeq O(1)$和$Bd=Ra/Ma \backsimeq O(1))$相当时，结果表明，以定常纵向对流卷形式出现的不稳定性的发展与Poiquille-Rayleigh-Bénard流中遇到的不稳定性的发展相似。这些辊的数量和沿通道的空间分布取决于流动条件。本文研究了雷诺数、瑞利数和毕奥数等参数对管内流动和传热特性的影响。还考虑了表面张力随温度梯度变化的影响（马兰戈尼效应）。
2012-06-07 physics.flu-dyn
Stokes flow in a drop evaporating from a liquid subphase
本文研究了液滴从液相中蒸发的过程。这两种液体是不混溶的，它们之间的接触角由Neumann结构给出。液滴的蒸发引起两种液体中的流动，其通过速度的连续性和剪切应力条件耦合。我们推导出自相似的解决方案，在这两种液体的速度场接近三相接触线，其中滴的几何形状可以近似为一个楔形。我们专注于马兰戈尼应力是可以忽略不计的情况下，流场由三个贡献：从滴面的蒸发通量驱动的流，由接触线的后退运动引起的流，和满足均匀边界条件的本征模流。本征模流是渐近次主导的所有接触角。当液滴与液下相的水平表面之间的角度小于$90^\circ$时，移动接触线流动占主导地位，而蒸发通量驱动的流动占主导地位。参数研究表明，在两种液体中的速度场如何依赖于液体之间的接触角和它们的粘度比。
2012-12-17 physics.flu-dyn
Turbulent bubbly channel flows: Effects of soluble surfactant and viscoelasticity
采用界面分辨直接数值模拟方法研究了表面活性剂和粘弹性对槽道泡状湍流结构的影响。不可压缩流方程求解完全耦合的FENE-P粘弹性模型和控制界面和本体表面活性剂浓度的方程。后一种耦合是通过非线性状态方程实现的，该方程将界面处的表面张力与表面活性剂浓度联系起来。双流体纳维-斯托克斯方程使用前沿跟踪方法求解，并使用非常有效的基于FFT的压力投影法进行增强，该方法允许大规模并行模拟湍流。结果发现，对于无表面张力的情况下，由于惯性升力，气泡向壁移动，导致壁层的形成和流量的显着降低。相反，足够高浓度的表面活性剂改变气泡横向迁移的方向，即，被污染的气泡移向核心区域并在通道上扩散。当考虑粘弹性时，粘弹性应力抵消Marangoni应力，促进气泡壁层的形成，从而强烈降低流速。复合情况下气泡壁层的形成取决于惯性力、弹性力和Marangoni力的相互作用。
2021-10-12 physics.flu-dyn
Driven and active colloids at fluid interfaces
我们推导出表达式的领导秩序的远场流动所产生的外部驱动和主动（游泳）胶体在平面流体-流体界面。我们认为胶体邻近界面或粘附在界面上的钉扎接触线。雷诺数和毛细管数假设远小于统一，在典型的微米级胶体涉及空气或烷烃水界面。对于驱动胶体，领先的顺序流是由这个系统的点力（和/或扭矩）响应。对于活性胶体，力偶极子（应力波）响应发生在领先的顺序。在干净的（无表面张力）接口，这些流体动力学模式基本上是一个有限的一组通常的斯托克斯多极体流体。对于主导顺序，驱动胶体施加平行于界面的Stokeslets，而活性胶体根据胶体的取向驱动不同取向的应力。然后，我们考虑如何改变这些模式的存在下，一个不可压缩的接口，一个典型的情况下，在小毛细管数的胶体系统中存在的表面活性剂。驱动和活性胶体的领导秩序模式的重组显着。对于驱动的胶体，界面不可压缩性大大削弱了远场流垂直于界面，点力响应驱动器流只平行于界面。然而，Marangoni应力诱导一个新的偶极模式，它缺乏一个干净的界面上的类似物。如果存在表面粘性应力，则可能在界面和周围流体上产生非常长距离的流动。我们的研究结果对胶体组装和流体边界附近的平流质量输运增强具有重要意义。
2020-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A model for singularity formation in three-dimensional Euler and Navier-Stokes flows
我们提出了一个正式的，近似模型的奇点形成在经典的流体动力学在三维空间。该构造利用局部二维近似来研究具有与2D Chaobergin-Lamb偶极涡等效的横截面的反平行发夹涡结构。该模型在孤立点处表现出有限时间的欧拉奇点，涡线只有有限的局部拉伸。该模型还提出了一个相关的Navier-Stokes问题，表现出有限时间点的奇异性，只要雷诺数是足够大的。奇点与BKM [1]和CF[2]条件相容。涡量支持是无限的体积，但奇异形式作为一个结果的本地过程只需要有限的能量输入。
2012-10-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Growth of Stokes Waves Induced by Wind on a Viscous Liquid of Infinite Depth
Lamb（1932，§349）关于粘性对单色表面波影响的原始研究被扩展到考虑存在表面张力的深水上的二阶Stokes表面波。这个扩展是用来评估界面阻抗的斯托克斯波的假设下，波的增长，因此表面波是不稳定的。因此，进一步探讨了Sajjadi等人（2014）的先前研究，其中（i）表面波是不稳定和非线性的，以及（ii）考虑了影响表面应力的水粘度的影响。通过湍流闭合模型计算了从风到波的能量传递参数的确定，但结果表明，由于湍流剪切流的贡献比以前得到的低约20%。推导导致的封闭流线（开尔文猫眼），出现在临界高度附近的表达式，被发现为非定常表面波。从这个表达式可以推断，随着波的增长或衰减，猫眼不再是对称的。还研究了在水面附近通过粘性雷诺应力从风到短Stokes波的能量传递。它示出的Tollmien-Schlichting波对于一个给定的湍流风速廓线和自由表面斯托克斯波之间的共振引起的非线性表面波的增长的额外贡献。
2017-04-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Phase-field-based lattice Boltzmann method for the transport of insoluble surfactant in two-phase flows
本文提出一种二阶相场模型及配套的介观格子玻尔兹曼方法，用于模拟两相流中不溶性表面活性剂输运，并通过基准算例验证了其精度与有效性。
2024-09-01 physics.flu-dyn
A priori and a posteriori analysis of models for Large-Eddy simulation of particle-laden flow
在颗粒流的大涡模拟中，需要模拟尺度对颗粒的影响。在这项工作中，我们分析了三个非常有前途的模型，即近似反卷积方法（ADM），这是由Kuerten（物理流体18，2006年）和Shotorban和Mashayek（物理流体17，2005年）独立提出的颗粒流和两个随机模型，提出了Shotorban和Mashayek（J。7，2006）和Simonin等人（Appl. Sci. Res. 51，1993）。我们提出的结果从先验和后验分析这些模型在各向同性湍流Re_lambda=52。这些数据允许对模型进行直接的定量比较。分析表明，ADM总是导致改进的统计，但即使是高斯托克斯数，色散率不正确预测ADM。关于随机模型，我们发现，正确选择模型参数，模型表现良好，在小斯托克斯数。另一方面，在高斯托克斯数的随机模型显示出显着的错误，它可能是可忽略的小尺度效应，而不是使用随机模型之一。
2010-04-30 physics.flu-dyn
Simulating surfactant effects in phase-transforming fluids
Purdue University（普渡大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种基于Navier-Stokes-Korteweg方程的模型，用于模拟表面活性剂对液-气转变的影响，通过模拟气泡和界面振荡验证了模型的有效性，并探讨了表面活性剂对气泡合并和冷凝的影响。
2026-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thin-Film Smoothed Particle Hydrodynamics Fluid
我们提出了一种基于粒子的方法来模拟薄膜流体，共同促进积极的表面变形和蓬勃发展的切向流动。我们从表面张力驱动的纳维-斯托克斯方程中建立动力学模型，并使用渐近润滑理论进行降维，并基于弱可压缩光滑粒子流体动力学（SPH）定制了一组微分算子用于演化点集表面。关键的见解是，SPH的可压缩性，这是不利的，在其典型的使用，是有助于在我们的应用程序，以共同发展的厚度，计算的表面张力，并加强流体的不可压缩性上的薄膜。通过这种方式，我们能够以基于物理的方式将表面变形与面内流动双向耦合。我们可以模拟复杂的旋涡漩涡，由于瑞利-泰勒不稳定性，毛细波，牛顿干涉条纹，和马兰戈尼效应自由变形表面上的指状效应，提出了现实的视觉结果和数值验证。我们的系统基于粒子的性质也使它能够方便地处理拓扑结构的变化和余维转换，使我们能够结婚的薄膜模拟与广泛的3D现象，如夹断不稳定的悬链线，重力下滴，液滴合并，以及气泡破裂。
2021-05-17 cs.GR physics.flu-dyn
Phase-field based lattice Boltzmann model for simulating thermocapillary flows
提出一种简化的相场格子玻尔兹曼模型，通过避免计算空间导数，有效模拟热毛细流动，并验证了其在微通道、液滴迁移及气泡运动中的准确性。
2023-06-20 physics.flu-dyn
Learning Non-Ideal Vortex Flows Using the Differentiable Vortex Particle Method
本研究将可微涡粒子方法（DVPM）扩展到非理想涡流（粘性流和非保守体力），以Lamb-Oseen涡为基准，证明其精度优于CNN和PINN。
2025-10-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Exact solution for progressive gravity waves on the surface of a deep fluid
Gerstner波或余摆线波是目前已知的深水周期性表面重力波欧拉方程的唯一精确解。在这封信中，我们利用Zakharov的弱非线性表面波的变分公式，不截断其斜率展开的哈密顿量，推导出单向重力波在二维流中传播的运动方程。利用Lambert $W$ -函数得到了演化方程的精确解.相关的流场是无旋的。最大波高出现在波陡为0.2034时，而余摆线波为0.3183，斯托克斯波为0.1412。与郭士纳解类似，一种新型的极限波在波峰处有一个零角的尖点。
2019-03-28 math-ph math.MP nlin.PS
Rheology of Two-Dimensional Dilute Emulsions
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Durham University（杜伦大学）
本文解析推导了二维稀乳液在纯拉伸流中的表观粘度和小变形理论，得到与三维情况不同的泰勒变形参数，并通过数值模拟验证。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
