The trapping and escape of buoyant vortex rings in sharply stratified fluids
在这个流体动力学视频中，我们研究了在周围强烈（近两层）分层流体中的混溶涡环的动力学。实验和直接数值模拟使用变密度Navier-Stokes（VARDEN）求解器进行了比较。临界现象的确定取决于实验的关键参数（流体和环密度，上层涡的行程距离等），其中下降的密集涡环可能会经历完全捕获，部分捕获，或分裂成级联的较小的涡流。涡环与上层流体的相互作用导致粘性卷吸，这改变了环的有效浮力。在撞击密度过渡时，夹带流体赋予不同的动力学，因为它试图重新获得平衡，导致临界行为。
2011-10-15 physics.flu-dyn
An axisymmetric steady state vortex ring model
基于Atanasiu等人（2004）的解，本文通过求解柱坐标系下无粘不可压缩流体的涡量输运方程，推导了轴对称涡流的理论模型。该模型可以描述在中等高雷诺数下具有特定边界条件的各种轴对称流动。本文给出了一个例子：高雷诺数层流涡环。该模型可以代表一个家庭的涡环指定的模量函数使用瑞利分布函数。通过数值计算，说明了该涡环族的特征。为了验证，模型结果比较以及与最近的直接数值模拟（DNS）的涡量分布和流线图案，涡核和气泡的横截面积，通过涡中心的径向涡量分布。最重要的是，涡量廓线的不对称性和椭圆轮廓被很好地捕捉到。
2016-01-24 physics.flu-dyn
Targeted particle delivery via vortex ring reconnection
该研究提出利用一对平行传播载粒涡环的受控重连，使涡环拓扑改变并在横向快速排斥，从而把颗粒靶向输送到侧壁预定位置。
2020-12-01 physics.flu-dyn
On the topology of the atmosphere advected by a periodic array of axisymmetric thin-cored vortex rings
本文研究了一组相同的、轴对称的、薄芯涡环的周期性排列所产生的流体运动。众所周知，这样的阵列在对称中心轴的方向上均匀移动而不改变形状或形式，因此是欧拉方程的平衡解。在与涡环系统一起运动的参考系中，被动流体粒子的运动被研究为定义该系统的两个无量纲参数的函数：$\varepsilon = a/R$，环形涡环的短半径与长半径的比率，以及$λ= L/R$，由其半径归一化的涡环的分离。两个分叉的流线拓扑结构中发现，显着依赖于$\varepsilon$和$λ$，这些分叉描绘了三个不同的形状的“大气”的流体粒子一起移动的涡环的所有时间。类似于孤立涡环的情况，大气可以是“薄体”或“厚体”。此外，我们发现了一个“连接”系统的发生，其中相邻环的大气接触在一个不变的环的流体粒子是静止的参考系移动的环。
2022-03-08 physics.flu-dyn
Linear Stability of Inviscid Vortex Rings to Axisymmetric Perturbations
本文研究了Norbury（1973）发现的无粘涡环族对轴对称扰动的线性稳定性。由于这些涡环获得的自由边界问题的解决方案，他们的稳定性分析是使用最近开发的方法的形状分化适用于轮廓动力学制定的问题，在三维轴对称几何形状。这种方法使我们能够系统地考虑边界变形对涡环线性化演化的影响。我们研究了假设与平衡配置中的涡环具有相同环流的扰动的瞬时放大。这些稳定性，然后确定由一个奇异的积分-微分算子定义在涡边界上的双曲平面的频谱。由此产生的广义特征值问题的数值求解与频谱精确离散。我们的研究结果表明，虽然薄涡环保持中性稳定的轴对称扰动，他们成为线性不稳定，这样的扰动时，他们是足够的“胖”。对本征模结构的分析表明，在薄涡和厚涡极限下，它们分别接近于朗肯涡和希尔涡的相应本征模。这项研究是一个垫脚石的方式对一个完整的稳定性分析的无粘涡环相对于一般扰动。
2019-06-10 physics.flu-dyn
On the vortex ring formation and mixing in thin films upon droplet impact
Institute for Fluid Mechanics and Aerodynamics, TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学流体力学与空气动力学研究所）；Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院机械工程系）
研究液滴撞击薄液膜时涡环形成与混合机制，通过实验揭示涡环稳定性与液膜厚度、雷诺数的关系，并提出预测涡环循环演变的经验模型。
2025-12-28 physics.flu-dyn
Asymmetry of motion: vortex rings crossing a density gradient
本文通过PLIF和PIV实验研究涡环穿越两层密度界面的演化，发现斜压涡量破坏传播对称性，且逆密度梯度传播时穿透深度最大。
2023-02-16 physics.flu-dyn
Coaxial collisions of a vortex ring and a sphere in an inviscid incompressible fluid
本文从欧拉运动方程出发，研究了在无粘不可压流体中圆形薄涡环和沿涡环对称轴运动的球体的动力学问题。涡环的位置和半径的运动方程和球的位置和速度的运动方程通过流体动力学相互作用耦合。方程被转换成哈密顿形式，由此可见总能量和动量守恒。四个哈密顿运动方程数值求解各种初始条件。
2017-03-21 physics.flu-dyn
Vortex rings from notched nozzles
活塞/喷嘴装置的涡流环的形成取决于喷嘴出口的形状。在这里，我们研究的形成机制和非对称环的演变，从缺口喷管使用直接数值模拟。使用三种类型的喷嘴：i）V形切口; ii）A形切口和iii）W形切口喷嘴。结果表明，在初始形成阶段，随着喷管出口形状的变化，形成了一个明显的主涡环。然而，来自周围环境流体的夹带通过槽位置在活塞停止之后产生成对的流向结构。该结构在波谷位置处连接到前涡环，并向喷嘴中心线传播。引导环的特殊拓扑结构被周向流增强，周向流围绕圆周被分成更小的部分。这种流动驱动了后期环的演化，在流动演化过程中激发了不稳定性增长。流向涡管最终在喷管中心线处碰撞，并在形成端部引起涡重联。这种形成过程是一致的，在所有检查的情况下，这表明它可能适用于更复杂的喷管的情况。
2017-08-18 physics.flu-dyn
Universal translational velocity of vortex rings behind conical objects
环形涡流在输送流体方面是有效的。它们通常是通过将一定体积的流体通过圆形孔口喷射而产生的。给予涡环的脉冲导致发电机上的推进力。推进涡环已被广泛研究和表征。经过四次对流后，涡旋的移动速度比它所起源的剪切层快，并分离。这种分离对应于环流的最大值和涡度的最大扩展，由无量纲能量量化。这三个事件的相似性混淆了它们之间的因果关系。为了分析与其分离无关的环形涡的无量纲能量的时间演化，我们分析了锥体尾流中产生的涡的发展。具有不同孔径和直径的圆锥体从静止加速产生各种各样的涡环，并根据时间分辨的速度场测量提取它们的能量、环流和速度。在锥体后面形成的环具有自诱导速度，使它们跟随锥体，并且随着锥体行进远远超过对推进涡流观察到的极限涡流形成时间尺度，它们继续增长。无因次环流，根据涡流直径，和无因次能量的阻力涡环收敛后，三个对流时间的值，相当于他们的推进同行。这一结果证明，涡夹断并不导致无量纲能量达到最小值。无因次环流和能量的极限值大多与锥体几何形状和平移速度无关，并且落在平均值周围10%的区间内。只有6%的变化，旋涡的速度是最统一的量，它决定了锥体后面涡环的形成。
2020-12-07 physics.flu-dyn
A bent straw as a tool for an affordable student-safe experiment in vortex ring dynamics
Cornell University（康奈尔大学）
本文提出一种低成本、安全的实验方法，利用弯曲吸管和染色水生成涡旋环，通过智能手机摄像研究其动力学，展示复杂物理现象。
2026-05-08 physics.flu-dyn
Characteristics of shock tube generated compressible vortex rings at very high shock Mach numbers
可压缩涡环通常形成于激波管的开口端，在其形成、发展和传播过程中，往往表现出一些有趣的现象，这些现象取决于激波的马赫数和出口流动条件。到目前为止，文献中所研究的平移可压缩涡环的马赫数是亚音速的，因为所考虑的激波管压比（PR）相对较低。在本数值研究中，我们着重于低到高涡环马赫数（0.31 < Mv < 1.08）的情况，特别着重于实验中没有报道的非常高的Mv情况，因为在实验室中很难获得。在激波管中以氢气作为驱动段气体，首次获得了超声速可压缩涡环（Mv > 1）。结果表明，在涡环发展的不同阶段，基于SST k-ω的DES湍流模型比以往发表的结果更好地再现了实验观测。DES，这是一个内置的混合LES和RANS的方法被唤起，可以自动切换到亚网格尺度（SGS）模型在LES区域（即具有不同尺度的涡结构）和RANS模型在该区域的其余部分（即网格间距大于湍流长度尺度）。DES模型可以预测剪切层涡的特性，以及反向旋转涡环（CRVR）的实验测量报告。除了通常的CRVR外，在主涡环后面不同径向位置形成多个三相点和相应的滑流剪切层，从而形成多个CRVR，似乎是高马赫数涡环的独特特征。对于形成阶段的高PR、H_2情况，形成一个反循环的涡层（主涡环的涡层）。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Investigating the perturbed geometries of vortex rings in free fall through another liquid
本文的目的是从理论上研究通过另一种液体下落的涡环上观察到的类似驻波的扰动的起源。基于相关研究的观测证据，对纳维-斯托克斯方程进行了简化，证明了存在一个具有所需波动特征的稳态速度场。为了更好的可视化，我们还绘制了速度场。
2018-05-21 physics.flu-dyn
Instability and disintegration of vortex rings during head-on collisions and wall interactions
两个涡环的正面碰撞可以产生各种各样的现象：次级环的头饰，变平并反复相互作用的涡面，或者环剧烈分解成湍流云。相互作用的结果由影响两个碰撞涡环的不稳定性的性质决定。在这里，我们进行了系统的研究，以确定占主导地位的不稳定性作为一个函数的参数的问题。为此，我们数值模拟的头部碰撞的涡环的循环雷诺数之间的$1000$和$3500$和变化的细长比$Λ=a/R$范围从$Λ=0.1$到$0.35$，与$a$的核心半径和$R$的环半径。通过研究能量和粘性耗散的时间演化，我们阐明了方位不稳定性在确定碰撞结果中的作用。然后，我们比较这些碰撞的自由滑动和无滑动壁的涡环的正面影响。自由滑动壁施加镜像对称，这阻碍了某些不稳定性，并在足够大的雷诺数导致形成半冠的旋涡。撞击无滑移壁面的结果是在所产生的边界层喷出后形成二次涡环。当雷诺数超过一定的阈值时，该阈值随着$Λ$而增加，涡流通过方位角不稳定性分解，导致湍流云。
2021-10-18 physics.flu-dyn
Numerical simulation for axis switching of pulsating jet issued from rectangular nozzle at low Reynolds number
本研究数值分析了低雷诺数下矩形喷嘴脉动射流的轴线切换现象，揭示了不同宽高比下涡环变形与配对导致45度和90度轴线切换的机制，从而增强流动混合效应。
2023-11-20 physics.flu-dyn
Modelling vortex ring growth in the wake of a translating cone
涡环具有长距离输送流体的能力。它们通常是通过圆形孔或喷嘴喷射一定体积的流体而产生的。当喷射流体的体积和速度已知时，可以通过弹状流模型来估计旋涡的循环、冲量和能量。涡环也在加速的轴对称物体的尾流中形成。在这种配置中，被注入到涡流中的流体的体积和速度不是先验已知的。在这里，我们提出了两个模型来预测后面的磁盘或锥涡的增长。第一个模型使用保角映射，并假设产生的所有涡量最终都在涡流中。涡环量是通过在盘尖处施加库塔条件来确定的。涡的位置是从Fraenkel给出的涡速度的近似值积分得到的。该模型很好地预测了旋涡的最大环量，但不能预测实验观察到的尾部脱落。第二个模型是基于离散涡方法的轴对称版本。在锥尖处形成的剪切层由点涡离散，点涡卷起形成相干涡环。该模型准确地捕捉到了环流和无量纲能量的时间演变。通过尾部脱落过程，涡量从涡中的脱散被模型定性地捕获，但对数值参数仍然定量敏感。
2021-07-19 physics.flu-dyn
Vortex ring generation during drop impact into a shallow pool
当液滴从中等高度落入深度为液滴半径量级的浅液池时，会产生两对涡环。内对形成于撞击液滴所产生的弹坑边缘，而外对则被传播波所切断。每对中的一个环是短暂的，而另一个持续存在。每个环都有一个可测量的非零环流（其符号与众所周知的深水水滴涡环相反），在波浪退去后很长时间内仍然存在。此外，在某些条件下，它们会发展出环涡的典型不稳定性。虽然环是很好的重现性，他们后来的发展方面是非常敏感的一些实验参数的变化。本文报告的实验区分这些滴生成环的可重复性方面，并记录其对材料和几何参数的依赖。
2013-05-03 physics.flu-dyn
Velocity field within a vortex ring with a large elliptical cross section
研究了稳态环形涡中任意平均核心半径和横截面椭圆率下的速度场，通过坐标变换求解，发现涡旋强度随距离对称轴的距离单调递减，环形涡的环流可能比Hill球形涡的环流大或小。
2026-04-13 physics.flu-dyn
Streaks to Rings to Vortex Grids: Generic Patterns in Transient Convective Spin-Up
我们观察到的瞬态形成的环形图案的状态在自旋的蒸发流体的时间尺度上的顺序几个Ekman自旋时间。环形状态探测使用红外测温和粒子图像测速仪，它被证明是一个后果的科里奥利和粘性力占主导地位的惯性，其中每一个被提取的测量速度场之间的瞬态平衡。的环形状态的崩溃量化的反相位驱动的开尔文-亥姆霍兹不稳定性，我们表明，由此产生的涡网格间距尺度与环波长的这些力分量。这是准二维湍流涡旋流的基本途径，因此可能在天体物理学和地球物理学中具有意义，其中旋转对流是无处不在的。sics.
2010-06-28 physics.flu-dyn
Estimating the non-dimensional energy of vortex rings by modelling their roll-up
当它们由圆柱活塞或以恒定速度平移的钝体产生时，起始涡环的无量纲能量通常收敛到约0.33的值。为了探索这个值的普遍性的限制，并分析发生在这些限制之外的变化，我们提出了一种替代方法的弹状流模型来预测涡环的无量纲能量。我们的方法是基于自相似涡面卷起所描述的普林。我们推导出涡核的涡度分布，涡核是由螺旋剪切层卷起而产生的，并计算了相关的无量纲能量。为了证明我们的模型的有效性，我们考虑不同的速度分布的涡流发生器，遵循幂律与可变指数m。对于恒定速度（m=0），我们的模型产生E*=0.33的无量纲能量。对于恒定加速度（m=1），我们发现E*=0.19。对于一个恒定的速度，我们获得了现实的涡量分布径向扩散的螺旋和预测的无量纲能量从0.33到0.28，根据实验结果的涡量分布。我们提出的模型提供了一个实用的替代现有的弹状流模型来预测涡环的最小无量纲能量。该模型适用于活塞产生的涡环和尾流涡环，只需要作为输入的涡流发生器的运动学。
2022-02-21 physics.flu-dyn
Shock accelerated vortex ring
激波与球形密度不均匀体的相互作用通过斜压涡度的脉冲沉积导致涡环的发展。目前的流体动力学视频显示这种现象，并在威斯康星州激波管实验室（WiSTL）的9.2米，向下射击激波管进行了实验研究。该管具有方形内部横截面（0.25 m x 0.25 m），具有用于光学访问的多个熔融石英窗口。球形肥皂泡是由一个可伸缩的注射器产生的，并释放到自由落体200毫秒前的初始冲击加速。向下运动的M = 2.07的冲击波使气泡冲动地加速并从管端壁反射。反射的冲击波使气泡重新加速（再冲击），气泡现在已经发展成涡环，沉积了额外的涡量。在没有任何流动扰动的情况下，反射激波后面的流动是静止的。因此，任何观察到的涡环运动都是由于环流造成的。冲击涡环成像在12,500 fps的平面米氏散射。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Vortex Ring Reconnections
数值研究了小$Re$数下重联涡环的Navier-Stokes动力学。我们发现，重联是耗散的，由于平滑的涡度梯度在重联扭结和拉伸反平行涡度的二级结构的形成转移动能到小尺度，随后有效地消散。此外，松弛的重连扭结激发开尔文波，由于强阻尼是低波数和直接影响只有大尺度的流动特性。
2002-09-04 physics.flu-dyn
Vortex rings generated by a translating disk from start to stop
本文结合PIV实验与Basilisk轴对称模拟，研究刚性圆盘加减速平移产生的启动与停止涡环，揭示其半径、环量及动力学的幂律并由Wedemeyer模型解释。
2023-06-06 physics.flu-dyn
Numerical Study on Mechanism of Multiple Rings Formation
本文采用高阶数值模拟方法，对环形涡的绕流进行了研究，包括第一次掠动、第一次喷射、第二次掠动、第二次喷射、正尖峰、动量亏损、涡的形状、位置、掠动强度等，并对动量亏损的形成机理进行了深入的探讨。本文提出了一种新的边界层转捩后期多环相继形成的机理。揭示了展向涡与展向涡环的关系以及涡量在展向涡环与展向涡环之间的传递。
2014-02-21 physics.flu-dyn
Vortex Core and POD Analysis on Hairpin Vortex Formation in Flow Transition
本文应用基于Liutex定义的涡核线新概念，论证了涡环不是λ涡的一部分，环状涡的生成与λ涡是分开形成的。本文还应用正交分解方法分析了平板上发夹环转捩区的KelvinHelmholtz不稳定性，以了解环形涡的形成。新的识别方法--改进的Omega-Liutex方法被有效地用于三维可视化和观察涡结构的形状。POD模式1作为平均流场，具有流向涡结构特征。其他POD模态均位于展向结构中，且具有由KH不稳定性引起的脉动运动。结果表明，波动POD模式是成对的，并且具有相同的特征，如振幅，振型和时间演变。涡核和POD分析结果表明，在边界层流动转捩过程中，λ涡和发夹涡的形成过程中，λ涡不是自身变形为发夹涡的，而是KH不稳定性作用下形成的。
2019-12-02 physics.flu-dyn
Generation of Laminar Vortex Rings by an Impulsive Body Force
本文提出利用具有特定时空特征的脉冲体力产生层流涡环，发现仅考虑扩散即可准确预测涡环强度，并提出一种近似垂直板内涡量源的简单模型，在力持续时间较短时可用无粘模型准确预测环量。
2023-04-05 physics.flu-dyn
Lagrangian analysis of bio-inspired vortex ring formation
脉动喷射推进是水生动物使用的一种高能效游泳模式，继续激励着水下航行器的工程师。在这里，我们提出了一个生物启发喷气推进器，结合了灵活的船体的水母与双壳压缩的扇贝，创造个人的涡环推力产生。类似于生物喷射器，我们的推进器产生非线性的时间出口速度分布，并具有有限的体积容量。利用时间分辨速度场测量分析了这种射流剖面产生的旋涡的形成过程。涡特性的瞬态发展的特点是脊的演变的基础上，在有限时间李雅普诺夫指数字段和本地极值的压力场来自速度数据。特别要注意的是，在尾喷流中观察到的旋涡合并。在涡合并过程中，拉格朗日涡边界首先在流向方向上收缩，然后在法向方向上扩展，以保持无量纲能量处于其最小值。由于合并，涡的环量、直径和平移速度增加。涡的合并发生是因为合并前尾涡的速度高于主涡的速度。
2022-04-29 physics.flu-dyn
Interplay of vortex rings and streaks in the near field of turbulent jets
鉴于最近重新对湍流射流中的条纹感兴趣，目前的工作探讨了它们与湍流圆射流近场涡环的共存。采用高速立体粒子图像测速技术研究了喷嘴下游两个直径处的雷诺数$Re=1.5 \times 10^5$射流。各个速度分量的频谱揭示了大尺度结构的径向局部特征。对应于特征的光谱固有正交分解模式的径向形状证实了在低Strouhal数$St \rightarrow 0$下射流外缘存在高速条纹。涡环和流向涡出现在$St \approx 0.49$的剪切层中，在那里它们作为一个系统一起对流并供给条纹。涡环的存在条纹的作用，然后研究通过轴对称激励加强环。观察到条纹持续存在，保持其形状，并且仅显示其能量的轻微变化。
2021-04-27 physics.flu-dyn
Surfing vortex rings for energy-efficient propulsion
本研究展示了一种完全自主的水下机器人策略，通过机载IMU感知涡环并实施脉冲机动卷入涡环，实现近五倍的能量节省，为利用背景流体流动进行高效推进提供了概念验证。
2024-07-23 physics.flu-dyn
LES Study on the Mechanism of Vortex Rings behind Supersonic MVG with Turbulent Inflow
在这项研究中，我们研究了在MVG控制的斜坡流在M=2.5和Req=5760后的涡环和斜激波之间的相互作用。采用隐式大涡模拟（ILES）方法，采用5阶带宽优化WENO格式求解无滤波形式的纳维-斯托克斯方程。充分发展的入流由之前DNS模拟获得的一系列湍流廓线给出。结果表明，环形结构在穿透强激波后不会预锻破裂并保持原有的拓扑结构，斜激波受环形诱导流场的影响较大。发现了三维激波表面的凸起现象，并对其机理进行了解释。
2014-02-24 physics.flu-dyn
Vortex rings as hydrodynamic dispersants for mitigating underwater oil spills
Indian Institute of Science（印度科学学院）
本研究提出涡环作为化学分散剂的环保替代方案，通过雾化油滴和定向迁移两种策略缓解水下溢油，并基于时间尺度分析提出油滴响应与雾化准则，具有广泛工程应用前景。
2026-09-30 physics.flu-dyn
Interaction of vortex ring with perforated plate at different included angles
本研究通过PLIF和PIV技术结合拉格朗日分析，探究了不同夹角下涡环与穿孔板的相互作用，揭示了涡环分裂、射流演化及环量变化规律，并验证了累积塞流模型。
2024-09-23 physics.flu-dyn
The Motion of a Point Vortex in Multiply Connected Polygonal Domains
研究了单连通和多连通多边形区域中单点涡的运动。在多连通域的情况下，多边形障碍物可以被视为3D多边形柱体的横截面。首先，我们利用保角映射将多边形域转换为圆形域。然后，我们利用Schottky-Klein素函数计算了圆域中点涡运动的哈密顿量。比较了对称域和非对称域中哈密顿量的轮廓线的拓扑结构。特别注意点涡轨迹与多边形障碍物的相互作用。在这方面，我们讨论了对称性破缺，和障碍物的位置和形状的旋涡运动的行为的影响。
2020-02-16 physics.flu-dyn
Vortex ring induced by a disk translating toward or away from a wall
本研究通过实验与数值模拟，研究了圆盘朝向或远离壁面平移时涡环的演化，发现环量均增加，但壁面仅在圆盘朝向壁面运动时增大核心半径，并建立了相应的标度律。
2025-06-23 physics.flu-dyn
Vortex ring induced large bubble entrainment during drop impact
对于一组有限的撞击条件，撞击到池上的液滴可以捕获与其自身大小一样大的气泡。随后的上升和破裂，这个大气泡起着重要的作用，气溶胶的形成和气体输送的气-海界面。当撞击坑靠近池表面时，就会形成大气泡，并且只有在撞击时长圆形的水滴才会出现。在这里，我们用实验和数值模拟表明，集中涡环，在颈部之间的下降和池，控制的火山口变形和夹断。然而，这不是最强的涡环，负责大气泡，因为它们与池表面的相互作用太强，自毁。更确切地说，是一些较弱的漩涡可以使较深的陨石坑变形，从而夹断大气泡。这些观察结果也解释了为什么从液滴撞击中出现的最强和最具穿透力的涡环不是由扁圆液滴产生的，而是由更长的液滴形状产生的，正如在以前的实验中观察到的那样。
2016-01-08 physics.flu-dyn
Scattering of Line-Ring Vortices in a Superfluid
我们研究了散射的涡环的超流线涡使用Gross-Pitaevskii方程的参数政权的流体动力学描述的基础上的涡丝近似是适用的。通过使用涡流提取算法，我们能够跟踪作为时间的函数的涡环的位置。利用这一点，我们表明，在我们的Gross-Pitaevskii模拟的涡环的散射是很好地捕捉到了广泛的碰撞参量的涡丝模型的局部感应近似。涡环被线涡散射的特征在于涡环中心与涡轴的初始偏移。我们发现，一个强的不对称性存在于作为这个初始散射参数的函数的一个环的散射。
2014-10-27 cond-mat.other physics.flu-dyn
Large-scale superfluid vortex rings at nonzero temperatures
我们数值模拟实验中，大规模的涡环-束的量子化涡环-创建在超流氦的活塞缸安排。我们表明，一个正常的流体涡环的存在下，与量子化的旋涡是必不可少的，以解释这些大规模的旋涡结构在非零温度下的相干性，实验观察到的。最后，我们认为，超流和正常流体涡束的相互作用是有关最近的超流湍流的调查。
2014-12-05 cond-mat.other physics.flu-dyn
Creation of an isolated turbulent blob fed by vortex rings
湍流很难控制。已经开发了大量的实验方法来产生这种短暂的物质状态，从而对其统计和结构特征以及其在更高雷诺数下的开始有了基本的了解。然而，在所有情况下，装置的材料边界所发挥的核心作用对理解湍流的来源以及它如何自由演变构成了挑战。在这里，我们建立和控制一个封闭状态的湍流只使用元素积木：涡环。我们在静止的环境中创建了一个静止的孤立湍流（$Re_λ$ =50-300），仅由涡环启动和维持。我们组装的三维结构，发病，能量预算和可调性的全貌。最重要的是，进入涡环可以赋予守恒量，如螺旋度，然后可以可控地转移到湍流状态。我们“一次一个涡流”的方法为将湍流作为一种物质状态进行雕刻铺平了道路，在目标位置“打印”它，定位它，并最终利用它。我们的工作为获得这种短暂的流动状态的完整图像铺平了道路。
2022-11-07 physics.flu-dyn
Anomalous translational velocity of vortex ring with finite-amplitude Kelvin waves
我们考虑无粘涡上的有限振幅开尔文波，假设涡核具有无限小的厚度。通过数值求解毕奥-萨伐尔运动方程，我们研究了Kelvin波的频率和扰动环的速度对Kelvin波振幅的依赖关系。特别是，我们表明，如果开尔文波的振幅足够大，扰动涡环向后移动。
2006-10-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reproducible nucleation and control of stable quantum vortex rings in Bose-Einstein condensates
Università degli Studi di Milano（米兰大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）
该研究提出了一种实验可行的协议，用于可控生成和操控玻色-爱因斯坦凝聚体中的稳定量子涡环，通过调节激光屏障参数实现涡环的周期性生成与精确控制。
2026-03-10 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Interaction of vortex rings generated by two unsynchronised drop impacts
Aalto University（阿尔托大学）
研究不同步液滴撞击产生的涡环相互作用，通过实验用粒子图像测速法量化其随时间演变，依时间差不同分为四类，揭示了不同步液滴撞击时间差对涡环生成及相互作用的重要性，对高通量应用中均匀可控混合有重要意义。
2026-07-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reconnections of quantized vortex rings in superfluid $^4$He at very low temperatures
利用飞行时间谱研究了零温极限（0.05 K）下超流$R$ He中半径几乎相等的单向量子化涡环束的碰撞.两个主环之间的重新连接导致较小和较大半径的二次涡环。离散步骤的飞行时间的分布，由于在一个或两个连续的重新连接后创建的二级循环的最早可能的到达时间的限制，观察。初级环的密度被认为是上限值$500{\rm \,cm}^{-2} R^{-1}$独立的注入密度。这是由于环之间的碰撞导致许多其他涡环的堆积。这两种观察结果在数量上都与我们的理论相一致。
2014-08-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Interactions between unidirectional quantized vortex rings
我们用涡丝方法数值研究了两对量子化涡环之间的相互作用，这些涡环最初沿同一方向运动，但它们的轴被可变的碰撞参量偏移。两个半径相当的圆环的相互作用产生的结果可以分为四种状态，仅取决于碰撞参量;两个环可以在内部或外部相互错过，或者它们可以重新连接，导致由一个或两个变形环组成的最终状态。分析了每种状态下环的变形和速度的横向分量所占的能量比例。我们发现，非常相似的半径的环只重新连接的碰撞参量的一个非常窄的范围内，远小于预期的几何截面单独。相反，当环的半径相差很大时，产生重联的碰撞参量的范围接近于几何值。考虑的第二种相互作用是圆环与高度变形环的碰撞。这种类型的相互作用似乎是产生小涡环的有效机制。模拟的背景下，碰撞涡环和量子湍流超流氦在零温度极限的实验进行了讨论。
2016-05-09 cond-mat.other physics.flu-dyn
Scattering and leapfrogging of vortex rings in a superfluid
研究了齐次非线性薛定谔方程中涡环对的动力学行为。产生的数值精确解的旅行涡环的描述和他们的平移速度相比，修订的解析近似。数值研究了在不同散射角下，同轴线涡环与相反电荷碰撞时的散射行为，得到了一个令人惊讶的简单结果，即其与初始涡环参数的关系。我们还研究了具有相同电荷的同轴环的蛙跳行为，并将其与使用毕奥-萨伐尔定律导出的经典流体模型的简化运动方程的修改版本所产生的动力学进行比较。
2014-04-19 cond-mat.other nlin.PS physics.flu-dyn
Transporting Particles with Vortex Rings
本文针对涡环输运胶体微粒问题，提出简洁的解析近似方法以描述其动力学，并通过模拟与实验验证了结果的有效性。
2023-11-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic Decay of Decorated Quantum Vortex Rings
在氦II中，量子涡环在逆流状态下的衰变是在固体氢粒子的帮助下被捕获到其核心的，这在超流涡旋动力学的通常描述中一直是一个令人困惑的问题，基于这样的假设，即涡丝实际上是一个扩展的无质量物体，受到马格努斯和相互摩擦力的抵消叠加。我们讨论，从一般的能量预算的角度来看，这个问题的唯象解决方案，它依赖于粘性和量子耗散机制，后者与周围的双组分流体混合物的涡旋奇异结构的反作用。
2021-05-18 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Leapfrogging vortex rings in the Landau-Lifshitz equation
涡环在流体中无处不在，烟圈就是一个熟悉的例子。多个涡环的相互作用产生了复杂的动力学行为，例如亥姆霍兹在一个半世纪前首次分析的蛙跳运动。在这里，我们报告的涡环动力学在不同的设置从流体的数值研究，即，作为解决方案的Landau-Lifshitz方程模型的局部磁化在铁磁介质中的演变。我们提出了相互作用的磁涡环的动力学的第一次研究的结果，并提供了一个新的流体和磁性之间的联系，通过显示，在铁磁体中再现的一系列现象熟悉的流体。这包括一对涡环的蛙跳运动和三个环的混沌动力学的证据。
2014-02-25 cond-mat.mes-hall hep-th nlin.CD
A note on the propagation of quantized vortex rings through a quantum turbulence tangle: Energy transport or energy dissipation?
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
该研究通过几何论证与高分辨率数值模拟，探究量子湍流中小于涡旋间距尺度的量子涡环动力学，明确不同密度缠结下环发射对能量耗散的贡献，指出Kelvin波级联是高涡线密度下能量耗散的最合理解释。
2015-03-07 cond-mat.other physics.flu-dyn
Toy Model for Vortex Ring-Assisted Particle Drag in Superfluid Counterflow
在超流体流动研究中，对粒子图像/跟踪测速仪获得的数据进行解释是一项具有挑战性的任务。追踪粒子（如固体氢或氘）被吸引到量子化涡旋的核心，因此它们的动力学会受到周围涡旋缠结的强烈影响。先前的唯象论论证表明，追踪粒子和微尺度涡环可以形成束缚态（这里表示为VRP态）。虽然涡环颗粒结合机制的全面描述，以处理涉及的流动配置，我们介绍了一个简化的二维模型的VRP状态，它捕捉到基本的定性特征的三维同行。除了已知的实验和数值观测的帐户，该模型被证明是很大的启发式的兴趣。特别是，它揭示了粘性耗散（由于流体的法向分量），马格努斯力，和拓扑激励涡环的VRP状态的稳定性和动力学中发挥的重要作用。
2019-06-22 cond-mat.other physics.flu-dyn
Vortex rings drive entrainment and cooling in flow induced by a spark discharge
火花等离子体放电诱导涡环和热气核。我们发展了一个模型来描述火花诱导流动的后期阶段和涡环在冷环境气体的卷吸和热气核的冷却中的作用。该模型进行了测试，在等离子体诱导流，使用密度和速度的测量同时获得的立体粒子图像测速（S-PIV）和背景定向纹影（BOS）。我们发现，热内核的空间分布如下的涡环的运动，其径向膨胀增加的电能沉积在火花放电。涡环冷却模型表明，对流冷却区的卷吸是由涡环引起的，并控制着热气体核的冷却，冷却速率随火花放电过程中沉积的电能的增加而增加。
2020-07-21 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Topological transition from superuid vortex rings to isolated knots and links
纽结和链环是基本的拓扑对象，在经典流体和量子流体中都起着关键作用。在这项研究中，我们提出了一个新的方案，产生环面涡结和链接通过重新连接的涡环受开尔文波扰动的玻色-爱因斯坦凝聚体。我们观察到一个新的现象，在一个封闭的超流系统中，在两个方向上，不同的路径，可以发生在两个方向上的结/链接和线圈之间的螺旋度的转移。通过设计特定的初始状态，可以控制拓扑结构的转变路径。结或链接的生成可以通过设置开尔文波数的奇偶性来实现。通过调整初始涡环之间的理想相对角度和最小距离等参数，可以大大提高节点/连接的稳定性。
2020-07-05 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Cascade of vortex loops initiated by a single reconnection of quantum vortices
我们证明了两个量子涡旋的单重联可以导致产生级联的涡旋环。我们的分析，在LIA的分析解决方案的动机，涉及高分辨率的Biot-Savart和Gross-Pitaevskii模拟。后者表明，环级联在原子尺度上开始，环直径的数量级小于缠结中的特征线间距。这样产生的涡环可以穿透缠结并在边界处湮灭。这提供了一个有效的机制，在非常低的温度下的涡旋缠结衰减。
2010-09-04 cond-mat.other physics.flu-dyn
Experimental investigation of vortex ring evolution in polymer solution
我们已经进行了实验的影响，聚合物溶液的涡环的形成和传播。我们研究了不同浓度的水解聚丙烯酰胺（PAMH）水溶液中的这种效应。PAMH的加入赋予溶剂剪切速率依赖性粘度和弹性。随着PAMH浓度的增加，体系的零剪切速率粘度（$η_0$）和无限剪切速率粘度（$η_{\infty}$）均增加。弛豫时间也随着浓度的增加而增加。我们产生涡环使用活塞缸机制在玻璃罐和测量涡环的性能，如环的位置，环环流，拟能，动能和峰值涡量使用粒子图像测速（PIV）。实验采用（1）匹配冲量，（2）匹配雷诺数的方法进行。我们发现，在恒定的脉冲，涡环的性质在PAMH溶液偏离牛顿水。随着PAMH溶液的浓度增加，与水的偏差也增加。我们进一步在水中进行实验，通过匹配的限制雷诺数的PAMH解决方案对应的$η_0$和$η_{\infty}$。我们发现，虽然PAMH解决方案的循环位于两个极端雷诺数匹配的水实验的循环曲线之间的一段时间，涡度拟能和峰值涡度不。我们把这种行为归因于PAMH解中涡环核心内涡量分布的改变。我们还研究了聚合物溶液对地层数的影响。我们发现，即使在聚合物溶液中的形成数保持不变。我们还证明，使用平面激光诱导荧光（PLIF），环反转的现象。
2019-11-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evidence for Vortex Rings with Multiquantum Circulation in He II
National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；FAMU-FSU College of Engineering, Florida State University（佛罗里达州立大学 FAMU-FSU 工程学院）
研究发现超流氦II中存在具有多量子环流的异常长寿命涡旋环，挑战了传统关于多量子涡旋寿命短的预期。
2026-03-05 cond-mat.other physics.flu-dyn
