Global stability of rigid-body-motion fluid-structure-interaction problems
在欧拉框架下对刚体运动问题的线性流固耦合方程进行了严格的推导和验证。我们证明了Fanion等人（2000）公式中的附加刚度项在一阶近似下在FSI界面处消失。几个数值试验与刚体运动进行比较的线性和非线性方程的时间演化时，底部流是由相同的小振幅扰动的显示推导的公式的有效性。在所有情况下，不稳定性的增长率和角频率都在$0.1\%$精度范围内匹配。推导的公式被用来研究对称破缺现象的旋转圆柱与附加分裂板。结果表明，对称性破缺的发生可以用流固耦合系统零频率线性不稳定模态的存在来解释。最后，研究了振动圆柱的最小稳定特征值的结构灵敏度，发现当流体和结构频率接近共振时，最小稳定特征值的结构灵敏度发生显著变化。
2019-10-21 physics.flu-dyn
Body-rock or lift-off in flow
条件下，一个身体躺在一个坚实的水平表面上的休息或摇摆可以从表面上删除的水动力或继续摇摆。这项调查的动机是最近对火星尘埃运动的观测以及其他小型和大型应用。非线性流体-物体相互作用理论在这里有一个非定常运动的无粘流体与一个移动的薄物体相互作用。各种形状的身体一起解决了一系列的初始条件。相关的参数空间被发现是微妙的演变和形状起着重要的作用，再加上缩放质量和重力效应。升空的身体从表面上一般不会发生没有流体流动，但它可以立即发生或在有限的时间内，一旦流体流动启动：参数，这是发现和比较与火星观测。
2013-01-11 physics.flu-dyn
The fluid motion physics: The interaction mechanics of a free liquid jet with a body and with the other free liquid jet
本文用图解分析法求解了自由液体射流与平板、物体及其它射流相互作用的力学问题。这种方法可以从物理上和视觉上充分描述流线型表面附近的流场，并给出定量评估该表面上的射流压力分布的表达式。这种方法对扁平射流和圆形截面射流同样正确。流场分析已允许检测射流分量，由主体前部在无限制流体流中引起，并确定主体形状阻力。除此之外，已经确定摩擦也在势边界层中诱发射流分量。它已被引入一个新的概念，流总头矢量，确定可能的射流在流的起源。
2008-01-27 physics.flu-dyn
A smoothed dissipative particle dynamics methodology for wall-bounded domains
本文提出了一种光滑耗散粒子动力学与动态虚拟粒子分配方法（SDPD-DV）的数学和计算方法，用于壁面区域介观流体的建模和模拟。SDPD-DV方法由流体粒子、边界粒子和在固体边界附近动态分配的虚拟粒子实现。SDPD-DV中的物理域包含外部和内部固体边界、周期性入口和出口以及流体区域。该域的固体边界用边界粒子表示，这些边界粒子在初始化时具有指定的位置、壁速度和温度。流体域被离散化，流体粒子被放置在全局索引中。最近邻粒子搜索的算法是基于链接单元和Verlet列表方法的组合，并利用大的矩形单元的计算效率。在固体边界附近的流体颗粒的密度模型包括来自其截断支撑域中的虚拟颗粒的贡献。虚粒子的热力学性质与相应的流体粒子的热力学性质相同。附加验证涉及瞬态、平面、库埃特液态水流的SDPD-DV模拟。顶板在底部固定板处移动，并与底部固定板相距10 - 3 m。数值结果与解析解吻合得很好。附加的SDPD-DV验证是通过模拟体积力驱动的低雷诺数水流过半径为的圆柱体来完成的。并将SDPD-DV方法计算的速度场和压力场与FLUENT软件计算的结果进行了比较。
2017-08-01 physics.flu-dyn
Decomposition of the forces on a body moving in an incompressible fluid
在分析作用在运动物体上的流体力时，一种自然的方法是寻找粘性分量和“无粘性”余数。将速度场分解为无旋部分和有旋部分，并相应地分配合力也很有吸引力。“无旋”的合成物可以被认为是经典的“附加质量”，但其余的“旋转”的合成物似乎与旋转速度场的物理解释不一致（因为它是由物体静止时的流体涡度引起的）。这里提出的替代方案将无粘性合成物分成无疑是由于问题的独立方面造成的分量：“对流”和“加速”。前者与压力场有关，压力场将在无粘性流中产生，（瞬时）与真实速度相同，并且与物体的速度参数--角和平移--不变。后者对应于当物体在静止流体中以其给定的角速度和平移速度的变化率从静止加速时产生的压力。它们让人想起附加质量力的合力，但比附加质量力和附加质量力矩的表达式更简单，更接近标准刚体惯性公式。最后，由粘性引起的合力还包括压力的贡献。它的存在是必要的，以满足方程的压力场，它以前已被确认的背景下，“过剩”滞流点压力。然而，它的存在似乎还没有得到广泛的赞赏。
2019-10-16 physics.flu-dyn
A small solid body with large density in a planar fluid is negligible
在这篇文章中，我们考虑一个小刚体在充满整个平面的粘性流体中运动。我们假设刚体的直径为0，初始速度具有有限的能量，刚体的密度为无穷大。我们证明了刚体对极限方程没有影响，显示收敛的解决方案对解决方案的Navier-斯托克斯方程在全平面。
2018-11-15 math.AP physics.flu-dyn
Computational Modelling of Thixotropic Multiphase Fluids
Basque Center for Applied Mathematics (BCAM)（巴斯克应用数学中心）；University of the Basque Country/Euskal Herriko Unibertsitatea（巴斯克大学）；Swansea University（斯旺西大学）
本文提出一种数值方法模拟触变性多相流体，捕捉粘度随时间演化及相间相互作用，经基准验证并揭示触变动力学对系统行为的影响。
2025-10-24 physics.flu-dyn
Modeling and Computational Fluid Dynamics Validation of a Nonholonomically Constrained Two-Rigid-Body Swimming System
Michigan State University（密歇根州立大学）
本文提出了一种基于非holonomic约束的双刚体游泳模型，通过CFD验证展示了其在不同雷诺数下对游泳动力学的准确捕捉能力。
2025-11-25 physics.flu-dyn
HOSVD-SR: A Physics-Based Deep Learning Framework for Super-Resolution in Fluid Dynamics
提出HOSVD-SR框架，结合高阶奇异值分解与深度学习，实现流体动力学数据的超分辨率重建，在圆柱绕流和湍流尾流数据上优于基于SVD的方法。
2025-04-25 physics.flu-dyn
Neural inference of fluid-structure interactions from sparse off-body measurements
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Binghamton University（宾汉姆顿大学）
本文提出一种新的物理指导神经框架，用于从稀疏单相观测中重建不稳定的流-结构相互作用，结合模态表面模型和流体固体状态的坐标神经表示，通过流体控制方程和界面条件约束，利用体外拉格朗日粒子轨迹和移动壁边界条件推断流场和结构运动。
2026-04-04 physics.flu-dyn
A self propelling clapping body
本文报道了一个由两个平板组成的拍掌体的运动实验研究。拍掌体的前缘由一个扭转弹簧支撑。拍掌运动和身体的向前推进是由板的突然释放启动的，最初以一个角度$2θ_0$分开。结果为拍手和向前运动，并为尾流场的24例，其中深长比（$d^* =$ 1.5，1和0.5），弹簧刚度每单位深度（$Kt$），身体质量（$m_b$），和初始分离角（$2θ_0 $ = 45和60度）是不同的。身体运动包括快速向前加速到最大速度，然后缓慢减速到接近零的速度。而加速阶段涉及板和流体运动之间的复杂相互作用，减速阶段只是流体动力学阻力减慢身体。尾流由一个单轴切换椭圆涡环（对于$d^*$ = 1和1.5）或多个涡环（对于$d^*$ = 0.5）组成。身体运动几乎不依赖于$d^*$，并且受$θ_0$和$Kt$变化的影响最大。利用线动量守恒和弹簧应变能转换成流体和物体中的动能，我们得到了物体平移速度与各种参数的关系。大约80%的初始储存能量被转移到液体中，只有20%转移到身体。实验获得的$COT$在2和8之间。
2023-01-25 physics.flu-dyn
On the theory of body motion in confined Stokesian fluids
本文提出一种理论方法，将受限斯托克斯流体中物体绕流解分解为无界流体物体（Faxén 算子）和受限域（斯托克斯多极子）两个问题，通过反射法推导表达式并分析收敛性，应用于球体和椭球体系统获力与力矩特性。
2024-04-19 physics.flu-dyn
Particle interaction with binary-fluid interfaces in the presence of wetting effects
本文提出欧拉-拉格朗日结合相场法与浸没边界法的数值方法，模拟润湿效应下固体颗粒与二元流体界面的相互作用，并通过二维、三维验证及接触角、剪切变形等算例证明其有效性。
2023-09-20 physics.flu-dyn
A strongly coupled immersed boundary method for fluid-structure interaction that mimics the efficiency of stationary body methods
强耦合浸入边界（IB）方法同时求解非线性流体和结构运动方程，以加强对物体的无滑移约束。处理这个约束需要解决几个大的尺寸系统，规模的网格点的数量在流域中，即使非线性约束规模仅由用于表示流体-结构界面的少量的点。这些昂贵的大规模的操作，以确定只有少量的未知数的接口创建一个瓶颈，有效的时间推进强耦合IB方法。在这篇手稿中，我们提出了一个补救措施，这个瓶颈是由固定体IB方法中采用的有效策略激励的，同时保持强耦合算法的良好稳定性-我们预先计算一个矩阵，封装的大尺寸系统，使禁止大规模的操作不需要在每个时间步执行。这个预先计算过程产生一个修改后的系统的小维约束方程，解决了在最小的计算成本，同时时间推进的方程。我们还提出了一个并行实现，跨多个处理器的规模有利。我们的方法的精度，计算效率和可扩展性证明了几个二维流动问题。尽管演示问题由刚性和扭转安装物体的组合组成，但该公式是在更一般的环境中推导出来的，涉及任意数量的刚性、扭转安装和连续可变形物体。
2021-03-11 physics.flu-dyn
A comprehensive high-order solver verification methodology for free fluid flows
本文的目的是提出一个全面的方法，计算流体动力学（CFD）求解器的验证，特别注意与精度（OOAs）高于二阶的离散化有关的方面。制造解决方案（MMS）的方法被采用，并引入了一系列的制造解决方案（MS），检查自由流（不受壁面限制），包括无粘，层流和湍流问题时，后者是由雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程建模的计算流体动力学求解器的各种组件。弯曲元素的治疗也检查。此外，这些MS被认为具有对第六个OOA的验证的证明适用性。每个MS以及利用讨论突出的方面有用的代码验证方法，如最有用的规范在测量离散化误差的相对质量，验证过程中的敏感性分析，以迫使功能项，残差最小化和离散化误差收敛之间的关系，最后高阶离散网格拉伸和自相似性的敏感性。此外，还提供了脚本和代码作为随附材料，以帮助感兴趣的读者重现每个生产溶液（MS）的验证结果。
2017-12-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A hierarchy of simple hyperbolic two-fluid models for bubbly flows
与单独和分散的两相流建模的目标，我们在本文中使用的方法推导出两个流体模型，不承担任何流动拓扑结构。该方法基于变分原理和熵耗散要求。一些模型是这样推导和研究已经知道在上下文中的分离或分散相流的描述。然而，我们在这里提出了一个安排这些模型到一个层次的基础上，通过松弛参数的链接。此外，该模型被证明是兼容的单分散泡状流的描述，并在此框架内，可以确定的松弛参数。最后，通过与实验测量的声音分散和泡沫介质的参考模型的色散关系的比较，验证和讨论这种识别。
2016-07-27 physics.flu-dyn
Earth rotation prevents exact solid body rotation of fluids in the laboratory
我们报告的二次流激发地球旋转的直接证据，在一个充满水的球形容器中以恒定的旋转速率旋转。这种所谓的{ \it倾翻流}基本上包括围绕相对于球体的旋转轴稍微倾斜的轴的旋转。在天体物理学的背景下，它对应于行星旋转轴的岁差迫使行星液体核心中的流动，并被认为有助于产生行星磁场。我们使用安装在旋转框架中的粒子图像测速系统来检测这种弱的二次流。这种二次流存在于一个弱旋转中，它比球体旋转小一千倍，绕着实验室框架中静止的水平轴旋转。其振幅和方向与旋进激发的倾翻流理论定量一致。这些结果表明，在实验室实验中设置流体在理想固体中旋转是不可能的-除非将实验的旋转轴倾斜到与地球旋转轴平行。
2012-05-21 physics.flu-dyn
On a methodology to determine Navier's slip-parameter in Navier-Stokes fluid flows at a solid boundary
本文提出一种确定纳维-斯托克斯流体在固体边界处纳维滑移参数的方法，并揭示体积流量与无滑移情形相比的大小关系会导致边界处出现不同的滑移情形。
2023-10-30 math-ph math.MP physics.flu-dyn
The role of body flexibility in stroke enhancements for finite-length undulatory swimmers in viscoelastic fluids
研究了被动体动力学对复杂流体中游动微生物运动学的影响。渐近分析的小振幅运动的有限长度波动的游泳者在Stokes-Oldroyd-B流体被用来预测形状的变化，导致身体弹性和流体弹性的变化。从分析的结果进行了比较与数值模拟，和形状变化的小振幅分析是定量准确的小振幅和大振幅，即使是强弹性流。我们计算中风引起的游泳速度，占形状的变化，但没有额外的影响流体弹性。弹性引起的形状变化导致较大幅度的中风足够软的游泳者在粘弹性流体中，这些中风的提升，可以导致游泳速度，但我们发现，流体弹性的额外影响一般减慢游泳者。在强弹性流中的高振幅冲程导致了一个性质上不同的制度，其中高度集中的弹性应力在游泳者身体附近积累，并且可以看到戏剧性的减速。
2017-05-30 physics.bio-ph physics.flu-dyn
A Validation and Uncertainty Quantification Framework for Eulerian-Eulerian Two-Fluid Model based Multiphase-CFD Solver. Part I: Methodology
针对基于欧拉-欧拉双流体模型的多相计算流体动力学求解器（MCFD），提出了一种验证和不确定性量化（VUQ）框架。该框架旨在回答这样一个问题：如何评估MCFD求解器是否充分代表了感兴趣的多相系统的基本物理特性？所提出的框架是基于总的数据模型集成（TDESS）的方法，使用贝叶斯方法来反向量化的不确定性的求解器的预测与多个实验数据集的支持。该框架包括六个步骤，采用最先进的统计方法，包括：1）。求解器评估和数据收集; 2）.代理模型构建; 3）.敏感性分析; 4）.参数选择; 5）.利用贝叶斯推断的不确定性量化;以及6）。验证指标计算。这些步骤是以模块化方式并使用非侵入性方法制定的。这样的功能确保了灵活的框架，以不同的场景和多相流和沸腾传热建模的适用性，以及框架的可扩展性，以支持不同的MCFD求解器的VUQ。
2018-10-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Free convection over a non-isothermal axisymmetric body immersed in a porous medium saturated with an electrically conducting non-Newtonian fluid
研究了在横向磁场作用下非等温轴对称体上的磁流体动力学（MHD）自由对流问题。该主体被嵌入用导电非牛顿幂律流体饱和的多孔介质中。为了得到相似解，假设流体的粘度随温度指数衰减。定性结果示出了一个垂直平板，水平圆柱和球体。
2013-09-30 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A robust algorithm for computational floating body dynamics
本文提出非迭代算法 FloatStepper，通过探测体运动分解附加质量力，解决轻质浮体与重流体耦合的附加质量不稳定性，并在 OpenFOAM 中开源实现，基准测试验证了其高稳定性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Direct 0D-3D coupling of a lattice Boltzmann methodology for fluid-structure hemodynamics simulations
本文介绍了一种将任意复杂常微分方程（ODE-）控制的零维（0 D）边界条件直接耦合到三维（3D）基于格子Boltzmann的流体-结构系统的数值方法和实现，用于血液动力学研究。特别是，一个最复杂的配置被视为一个动态的左心室（LV）的弹性心脏模型，这是由（和应用）的非线性，非平稳混合ODE-Dirichlet系统。其他ODE为基础的边界条件，如截断血管集总参数Windkessel模型，也被认为是。完整的0 D-3D求解器的性能研究，包括格子Boltzmann流体方程和弹性动力学方程的处理以及它们的相互作用，通过各种基准和收敛研究进行，这些研究证明了耦合0 D-3D方法在生成生理压力和流量波形方面的能力--最终使得能够探索用于耦合的LV-动脉系统的血液动力学研究的各种物理和生理参数。本文提出的方法可以很容易地应用到其他ODE为基础的边界条件，以及其他流体问题的三维格子Boltzmann方程建模，并需要直接耦合的动态0 D边界条件。
2022-08-17 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Numerically Modelling Stochastic Lie Transport in Fluid Dynamics
本文对理想流体中的随机输运问题进行了数值研究。根据Holm（Proc Roy Soc，2015）和Cotter等人（2017）的说法，变换理论和多时间均匀化的原理分别意味着一种物理上有意义的数据驱动方法，用于将流体传输速度分解为漂移和随机部分，用于某类流体流动。在目前的文件中，我们开发了新的方法来实现这种速度分解，然后数值积分所产生的随机偏微分方程使用有限元离散不可压缩的二维欧拉流体流动。在这种情况下，这里测试的新方法被认为是适合于粗粒化。具体而言，我们对Cotter等人（2017）的速度分解进行了不确定性量化测试，通过比较所得随机偏微分方程解的粗网格实现与确定性流体偏微分方程的“真解”的集合，在精细网格上计算。时间离散用于逼近随机偏微分方程的解决方案是一致的。我们包括全面的数值试验，确认在不可压缩的二维欧拉流体流动的情况下的流函数，速度和涡度场的非高斯性。
2018-09-26 physics.flu-dyn
On the small rigid body limit in 3D incompressible flows
我们考虑小刚体在充满整个空间的不可压缩粘性流体中的演化。流体的运动由Navier-斯托克斯方程建模，而刚体的运动由线动量和角动量的守恒律描述。在刚体直径趋于零、密度趋于无穷大的假设下，证明了在无刚体的全空间中，流体-刚体系统的解收敛于Navier-斯托克斯方程的解.
2018-12-21 math.AP physics.flu-dyn
Numerical benchmarking of fluid-rigid body interactions
我们提出了一个流体-刚体相互作用的基准问题，由一个固体球形障碍物在牛顿流体，其质心是固定的，但可以自由旋转。一些不同的问题被定义为两个和三个空间维度。的几何形状是专门选择的，这样的流体-固体分区不会随着时间的推移而改变，经典的流体求解器能够解决流体-结构相互作用的问题。我们总结了不同的方法来处理流固耦合和数值方法来解决所产生的问题。所描述的方法得到的结果，我们给出的相关数量的参考区间。
2019-09-19 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Levitation and dynamics of bodies in supersaturated fluids
本研究结合固定与自由物体实验、连续介质模型和模拟，揭示过饱和流体中气泡附着、界面清除及浮力变化导致的物体周期性升降与界面旋转动力学。
2024-02-28 physics.flu-dyn physics.pop-ph
Stable fluid-rigid body interaction algorithm using the direct-forcing immersed boundary method (DF-IBM)
Université de Technologie de Compiègne, Alliance Sorbonne Université（法国技术大学Compiegne，索邦联盟）；Cranfield University（克兰菲尔德大学）
本文提出一种扩展的DF-IBM算法，通过耦合纳维-斯托克斯方程与牛顿-欧拉方程，实现流-刚体相互作用的稳定计算，验证了算法在复杂场景中的鲁棒性和效率。
2026-04-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A computational methodology for two-dimensional fluid flows
本文提出了一种模拟二维剪切驱动和自然对流的加权残值配置法。使用二进网格细化，该方法产生的基础和多分辨率方案近似流体流动。为了将并矢网格加密方法的优点扩展到计算流体动力学领域，本文研究了一种迭代插值方案，用于构造和微分二维网格中的基函数，该网格是矩形单元的有限集合。我们已经证实，在一个给定的网格，离散误差控制的基函数的阶数。这种新技术的潜力已被证明与泊松方程的一些代表性的例子。我们还验证了技术与原始变量的二维流的动力学核心。一个很好的结果已被证实，解决剪切层和守恒的潜力和动能与以前报道的基准模拟。特别是，在CFL = 2.5（Courant-Friedrichs-Lewy）和$\mathcal Re = 1\,000$（雷诺数）下的剪切驱动模拟显示出CPU时间随着时间步长$Delta t$的增加而线性加速。对于自然对流，该方法解决了势能到动能的转换和总能量守恒问题。计算的流线和速度场已被证明。
2020-07-22 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A remeshed vortex method for mixed rigid/soft body fluid--structure interaction
我们概述了一个二维算法解决不可压缩流-结构相互作用问题的混合刚性/柔性体表示，在一个一致的框架内的重新网格化的涡方法的基础上。我们采用一-连续制定代表固体和流体相的欧拉网格上，分离的扩散界面。刚性固体处理使用Brinkman惩罚，而逆映射技术是用来获得弹性应力的超弹性固相。我们测试我们的求解器对一些基准问题，这表明物理精度和第一至第二阶收敛的空间和时间。基准补充了额外的调查，说明我们的数值方案捕捉基本的流体-结构相互作用的现象在各种情况下，包括内部肌肉驱动，自推进，多体接触，热传递和整流粘性流效应的能力。通过这些插图，我们展示了我们的求解器能够稳健地处理不同的本构模型和边界条件，解决不同的多物理问题，并通过避开CFL时间步长限制来实现更快的解决方案。
2020-11-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Many-body Chaos in Thermalised Fluids
联系热力学变量，如温度$T$和混沌测度，李雅普诺夫指数$λ$，是多体系统中一个基本重要的问题。利用一维和三维非线性流体方程，我们证明了在热化流动中$λ\propto \sqrt{T}$，与挫阻自旋系统的结果一致。这揭示了一个潜在的普遍性，并提供了证据，最近的approachtures的热缩放$λ$。我们还调和看似不同的效果-一方面平衡和推动系统的平衡，另一方面-多体混沌有关$λ$到$T$通过流动的动力学结构。
2021-09-17 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Modeling particle-fluid interaction in a coupled CFD-DEM framework
在这项工作中，我们提出了一种替代方法来解决CFDEM耦合框架中的颗粒-流体相互作用。这种数值方法包括耦合离散单元法（DEM）与计算流体动力学（CFD）计划，解决浸没在流体相颗粒的运动。作为一个新颖的，我们的方法明确占体力作用于流体相时，计算当地的动量平衡方程。因此，我们实现了一个流体-颗粒相互作用计算的浮力和阻力作为局部剪切应变和压力梯度的函数。作为基准，我们研究了单个粒子的斯托克斯极限。验证进行比较，我们的结果与以前解决的方法和分析预测提供的。在一般情况下，我们发现，新的实现再现非常好的精度斯托克斯动力学。作为补充，我们研究了受限条件下球体的沉降终极速度。
2021-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rigid body motion in viscous flows using the Finite Element Method
提出了一种新的刚体在粘性流体中运动的有限元数值模拟模型。这种方法最有趣的特点之一是，与纯流体求解器相比，求解刚体运动所需的计算工作量很小。该模型基于在刚体内部扩展流体速度并求解带有惩罚项的流动方程以强制固体内部的刚性运动的思想。为了得到流体域的速度场，采用分数阶Taylor-Galerkin方法和分数阶Taylor-Galerkin方法相结合的方法求解了不可压粘性流的纳维-斯托克斯方程。一旦计算出流体域中的速度场，通过对固体上的平移速度和角速度求平均来获得刚性运动的计算。在处理流固相互作用时的主要挑战之一是将固体运动质量与粘性流体分离的界面的适当建模。在这项工作中，水平集技术和两步泰勒-伽辽金算法相结合的跟踪流固界面的建议。两步泰勒-伽辽金法所表现出的良好性质，最小化振荡和数值扩散，使得该方法适合于精确地对流固体域，避免其边界处的扭曲，从而保持刚体的初始尺寸和形状。所提出的模型已被验证对经验的解决方案，实验数据和数值模拟中发现的文献。在所有测试的情况下，数值结果已被证明是准确的，证明了所提出的模型作为一个有价值的工具的流固相互作用的数值分析的潜力。
2020-12-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Finite-displacement elastic solution due to a triple contact line
针对半无限弹性体三重接触线处经典解位移与能量发散的问题，本文引入各向同性表面应力，得到有限位移、脊状变形和有限能量的新弹性解，并验证了体积与表面 Green 公式。
2023-12-05 cond-mat.other physics.flu-dyn
Accuracy of slender body theory in approximating force exerted by thin fiber on viscous fluid
我们考虑的精确性细长体理论在近似的薄纤维对周围的粘性流体的纤维速度时，规定的力。我们称之为细长体反问题，因为它是已知的，细长体理论收敛到一个适定的PDE解时，规定的力和纤维的速度是未知的。从偏微分方程的角度来看，细长体反问题只是斯托克斯方程的狄利克雷问题，但从近似的角度来看，非局部细长体理论表现出高波数不稳定性，使分析复杂化。这里我们考虑两种正则化细长体近似的方法：谱截断和Tornberg和Shelley（2004）的$δ$正则化。对于具有恒定半径$ε>0$的直的周期性纤维，我们明确地计算了PDE和近似的将纤维速度映射到力的算子的谱。我们发现，原来的细长体近似的频谱同意密切与PDE解决方案在低波数，但在高频率不同，使我们能够定义一个截断近似波数截止$\sim1/ε$。对于截断的和$δ$正则化的近似，我们得到了类似的收敛结果$ε\to0$的PDE解：一个纤维速度与$H^1$正则性给出$O(ε)$收敛，而纤维速度至少与$H^2$正则性产生$O(ε^2)$收敛。此外，我们确定的$δ$正则化的误差估计的正则化参数$δ$的依赖性。
2020-08-16 math.AP physics.flu-dyn
Effective merging dynamics of two and three fluid vortices: Application to two-dimensional decaying turbulence
本文提出了两体和三体涡合并过程中二维衰减湍流的动力学理论。通过引入两个或三个涡的运动方程，在有效的噪音，由于所有其他的涡，我们证明了一个两体机构在低涡密度$n\ll 1$分析变得低效。当考虑更有效的三体涡合并{（涉及不同符号的涡）}时，我们证明了$n\sim t^{-ξ}$，与$ξ=1$。我们将这一论点推广到三维地转湍流，发现$ξ=5/4$与直接Navier-Stokes模拟非常一致[J.\，C. McWilliams \emph{et al.}，J. Fluid Mech. { \bf 401}，1（1999）]。
2011-12-31 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Reduced-order Model for Fluid Flows via Neural Ordinary Differential Equations
降阶模型在动力系统的设计、优化和控制中起着重要的作用。近年来，人们越来越关注应用数据驱动技术进行模型简化，可以减少数值解的计算负担，同时保留复杂物理问题的最重要特征。在本文中，我们使用适当的正交分解来降低模型的维数，并引入一种新的生成神经ODE（NODE）架构来预测时间系数的行为。有了这种方法，我们取代了经典的伽辽金投影与建筑的特点是使用一个连续的潜在空间。本文采用基于大涡模拟（LES）的方法研究了圆柱绕流的Von Karman涡街动力学。我们将NODE方法与LSTM基线进行了比较，以评估生成模型的外推能力，并对流重建进行了一些定性评估。
2021-02-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A target-fixed immersed-boundary formulation for rigid bodies interacting with fluid flow
National Taiwan University（国立台湾大学）
本文提出物体固定参考系下的浸入边界投影法求解复杂刚体流固耦合问题，通过隐式耦合等设计提升低固流质量比下的稳定性与表面应力精度，经二维算例验证了方法有效性。
2020-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Librations of a body composed of a deformable mantle and a fluid core
我们提出了全三维方程来描述一个可变形的地幔和流体核心组成的机构的旋转。该模型在本质上类似于INPOP（巴黎天文台综合计划），例如Viswanathan等人（2019）和JPL（喷气推进实验室），例如Folkner等人（2014），用于代表月球。我们的模型的预期优点是：直接使用任何线性粘弹性模型的地幔流变学;容易在时域数值实现（没有时间滞后是必要的）;所有参数，包括那些有关的“永久变形”，有一个物理解释。本文还包括：（1）一个物理模型来解释通常缺乏流体静力学的地幔（永久变形）。2)适用于地幔任何线性粘弹性流变学的自旋-轨道共振内和共振外物体自由振动公式。3)地幔和理想刚体运动之间的偏移公式（皮尔的卡西尼状态）。4)应用于月球、地球和水星的天平动，用于模型验证。
2022-03-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn
A unified constraint formulation of immersed body techniques for coupled fluid-solid motion: continuous equations and numerical algorithms
本文通过将流固耦合控制方程改写为扩展域约束形式，建立了浸入边界法和虚拟区域法等浸入体技术的统一数学框架，并展示了不同离散选择如何对应文献中的各种具体方法及其广泛应用。
2024-02-23 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Dual Grid Method for the Compressible Two-Fluid Model which Combines Robust Flux Splitting Methodology with High-Resolution Capturing of Incompressible Dynamics
两相管流系统中的声速通常比水力信息（体积分数）的传播速度大几个数量级。动态模拟这样的流动需要分辨率的声波和液压波存在于非常不同的空间和时间尺度。如果在相同的数值网格上进行模拟，则对液压波精度的需求将需要放大声波的分辨率。同样，受声速限制的时间步长与液压波中有效的时间尺度相比较小。这构成了计算潜力的浪费。本文提出的方法简化了水力尺度和声学尺度，大大提高了计算效率。建议的双重网格方法解决了一个四方程的可压缩双流体模型上的主网格，强大的帐户的压力演变和守恒的质量和动量。一个不可压缩的两方程模型在同一时间解决了一个更精细的网格，解决了水力演变的细节。来自两个模型配方的信息通过控制输运方程的项耦合，提供网格之间的一致性。精确和精细解决方案，然后可以采用不可压缩的两流体模型，而不会遭受的时间和稳定性的限制，否则由声波强制执行。与此同时，Evje和Flatten（2005 a）的混合中心-逆风通量分裂方案允许在不损失水力精度的情况下对声波进行显式和数值鲁棒处理。对四个不同的问题的双重网格方法进行了测试。在所有的问题中，所提出的计划提供了显着增加的计算效率和精度相比，一个单一的网格安排。
2018-11-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Rigid Body Dynamics in Ambient Fluids
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种环境流体中刚体动力学的新方法，通过计算附加质量并估计流动分离与动态压力，实现了对落板多种运动模式的准确模拟，无需计算流体动力学模拟。
2026-09-30 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Nematode Locomotion in Unconfined and Confined Fluids
毫米长的土栖线虫{ \it C. elegans}通过产生沿着其身体传播的波动来推进自身，并通过呈现高度弯曲的形状来转弯。根据我们最近的研究[PLoS ONE \textbf{7}，e40121（2012）]，所有这些姿势都可以通过分段调和曲率（PHC）模型准确描述。我们将这种基于曲率的描述与高度精确的流体动力学珠模型相结合，以评估蠕虫在无约束流体和平行壁细胞中游泳的归一化速度和转向角。我们发现，蠕虫的移动速度的两倍，更有效地导航下一个强大的约束，由于大的横向到纵向的阻力系数比从壁介导的远场流体动力学耦合体段之间。我们还注意到，最佳的游泳步态是相似的步态观察线虫在高粘度流体中游泳。我们的珠子模型使我们能够确定限制和有限厚度的身体上的线虫的运动的影响。经典的连续力理论和细长体理论没有考虑这些效应。
2013-06-19 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Active nematic response to a deformable body or boundary: elastic deformations and anchoring-induced flow
本文用复变量方法解析二维活性向列相中线弹性物体的流动、指向矢、牵引力与形变，揭示活性应力和锚定条件诱导的效应及应力测量新思路。
2025-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Locomotion of helical bodies in viscoelastic fluids: enhanced swimming at large helical amplitudes
研究了粘弹性流体中旋转螺旋体的运动。在无力游泳的情况下，粘弹性的引入可以提高或降低游泳速度和运动效率，这取决于身体的几何形状、流体性质和身体旋转速率。数值解的Oldrophil-B方程显示如何打破以前的理论预测与螺旋半径的增加或减少灯丝厚度。螺旋桨的大螺距角显示出增加的游泳速度在一个局部最大的德博拉数的顺序单位。数值结果表明，小振幅的理论计算连接顺利的大振幅的实验测量。
2013-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The Added Mass Effect and the Higgs Mechanism
一个刚体在无粘性不可压缩流体中加速时，似乎会获得质量，这被编码为一个附加的质量张量。游泳者、气泡、潜水艇和飞艇因与其加速度成比例的相关“附加质量”力而减速，这与粘性阻力和浮力不同。在粒子物理学中，无质量的电子、夸克、$W$和$Z$玻色子在通过希格斯标量场时获得质量矩阵中编码的质量。在这篇简要的文章中，我们通过不同维度的势流的例子来介绍流体力学的附加质量效应，并利用与希格斯机制的对应关系[在Proc. R. Soc. A471：20140803（2015）]来将这与$W$和$Z$玻色子如何获得它们的质量，同时使光子没有质量联系起来。对应关系的希格斯标量场的流体，希格斯场的真空期望值的恒定流体密度和希格斯凝聚体周围的压缩波的流体中的量子波动。刚体的形状编码的模式，规范对称性突破相应的质量矩阵的特征值。刚体可能的加速度方向与规范李代数中的方向有关，其中规范李代数中的“平坦”方向对应于无质量光子。此外，物体的对称性与标量真空流形的对称性有关。希格斯玻色子可以被看作是围绕加速物体的长波长流体模式的模拟。
2020-05-10 hep-ph physics.flu-dyn
How fish power swimming: a 3D computational fluid dynamics study
在鱼的波动游泳中，肌肉沿着身体依次收缩以产生弯曲的波浪，该波浪推压水并产生推力。在这里，我们使用一个3D计算流体动力学模型耦合到规定的变形的鱼的运动，研究沿鱼的身体的基本机械量：力，扭矩和功率。我们发现，身体上的anguilliform游泳者和carangiform游泳者的力量占主导地位的反作用力，此外，在carangiform游泳者的尾鳍上的力占主导地位的阻力。扭矩表现出一种波的模式，传播速度比曲率波在这两个anguilliform和carangiform游泳，但波的速度更高的carangiform游泳。鳗形游泳者的力量输出集中在身体的前半部分，而在身体的后侧显著为负。相比之下，大部分的力量是由身体的后部产生的前脚的carangiform游泳。这些结果解释了在不同的游泳模式的鱼中观察到的肌电图模式的差异，并解释了在carangiform游泳者的肌腱功能。
2018-12-06 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Methodology for Online Estimation of Rheological Parameters in Polymer Melts Using Deep Learning and Microfluidics
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Microfluidics Innovation Center（微流体创新中心）
提出融合深度学习、建模与仿真的微流控方法，利用合成数据训练模型，由压降和流量在线识别聚合物熔体流变参数，从而提升黏度测量精度并减少物理原型依赖。
2024-12-05 cs.AI physics.flu-dyn
Finite Element Simulation of the Motion of a Rigid Body in a Fluid with Free Surface
在这项工作中，一个刚体在流体中的运动的有限元模拟，与自由表面，描述。一个完全通用的参考描述（拉格朗日和欧拉描述的特殊情况）的不可压缩的，牛顿流体。这样的描述使得变形有限元网格能够用于变形流体域。本文提出了一种新的对流项线性化近似格式，并证明了该格式的二阶精度。第二个定理，它提供了一个指导方针的雷诺数的人工调整时，采用连续技术，也证明了。综述了消除压力作为变量和加强不可压缩性的最有效方法。介绍了一种比较新颖的包含刚体的有限元网格自动生成方法，该方法涉及有限元映射。近似自由表面时所采用的方法是，它可以被视为一个材料实体，即，自由表面的材料导数假定为零。欧拉方程和线动量守恒被用来确定刚体的运动。预测校正方法用于解决组合子问题。由此产生的模型进行测试的背景下，驱动腔流，驱动腔流与各种，包括刚性体，挤出胀大问题，和斯托克斯二阶波。
1999-08-06 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Life at high Deborah number
在许多生物系统中，微生物在复杂的聚合物流体中游动，并且通常以比逆流体弛豫时间更快的速率使介质变形。我们解决的基本性质，这样的生活在高德博拉数分析考虑小幅游泳的身体在任意复杂的流体。使用渐近分析和微分几何，我们表明，对于一个给定的游泳步态，时间平均的领先顺序游泳运动学的身体可以表示为一个积分方程的解决方案，一系列简单的牛顿问题。然后，我们用我们的研究结果来证明，珀塞尔的扇贝定理，它指出，时间可逆的身体运动不能用于运动在牛顿流体中，打破了聚合物流体环境。
2009-04-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A sharp interface Lagrangian-Eulerian method for flexible-body fluid-structure interaction
本文提出一种用于柔性体流固耦合的锐界面浸入式拉格朗日-欧拉方法，结合IB方法灵活性与贴体方法精度，采用Dirichlet-Neumann耦合和惩罚法处理流固子问题，支持多速率时间步进，在基准测试和血栓捕获模拟中验证了其有效性。
2023-01-29 cs.NA math-ph math.MP
Pulsatile flow and heat transfer of a magneto-micropolar fluid through a stenosed artery under the influence of body acceleration
Jadavpur University（贾达普大学）
采用有限差分法数值求解非稳态微极流体模型，研究外部身体加速度和磁场对狭窄动脉中血液脉动流及传热特性的影响，发现哈特曼数增加会提高传热率，而壁面剪切应力随哈特曼数增加而减小，随微旋转参数和狭窄高度增加而增大。
2012-09-24 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
The fluid mechanics of poohsticks
2019年是乔治·加布里埃尔·斯托克斯（George Gabriel Stokes）的二百周年纪念日，他在1851年描述了拖曳-斯托克斯拖曳-浸入液体中的身体移动，2020年是克里斯托弗·罗宾·米尔恩（Christopher Robin Milne）的百年纪念日，他发明了poohsticks游戏;他的父亲A。A.米尔恩的《小熊维尼角的房子》，第一次在印刷品中描述它，出现在1928年。所以这是一个恰当的时刻来回顾，复杂流体流动中固体的流体力学的最新发展，以及一个漂浮在两种运动流体之间的界面上的物体。当两种流体是水和空气时，Poohsticks属于后一类。
2021-04-07 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
Physics-informed token transformer methodology for nonlinear balance laws. I. Schwarzschild--Burgers fluid flows
Laboratoire Jacques-Louis Lions and Centre National de la Recherche Scientifique, Sorbonne Université（雅克-路易·利翁斯实验室、法国国家科学研究中心，索邦大学）
研究一维非线性双曲平衡定律，提出物理信息令牌变换器（PITT）方法，结合多种技术。通过在史瓦西 - 伯格斯方程上测试，与有限体积近似比较，分析伯格斯极限，展示激波位置渐近传播定律，适用于相关复杂动力学问题。
2026-07-28 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
