Secondary flows of viscoelastic fluids in serpentine microchannels
二次流是无处不在的通道流，其中小的速度分量垂直于主速度出现，由于复杂的通道几何形状和/或流动本身，如从惯性或非牛顿效应等，我们在这里调查无惯性二次流的粘弹性流体在弯曲的矩形截面和恒定的，但交替曲率的微通道：即所谓的“蛇形通道”几何形状。数值计算（Poole等人，2013年）表明，在这种几何结构中，在不存在弹性不稳定性的情况下，稳定的二次流形成，在通道横截面的平面中呈现两个反向旋转的涡流的形状。我们提出了第一个实验可视化证据和表征这些稳定的二次流，使用互补的microPIV在平面的通道，和共聚焦可视化的染料流运输的横截面平面。我们表明，所测得的流线和相对速度大小的二次流是定性的协议与数值计算结果。除了我们的技术被广泛适用于微通道中的三维流动结构的表征，我们的研究结果是重要的了解蛇形粘弹性流动的不稳定性的发病。
2019-02-12 physics.flu-dyn
Controlling secondary flows in Taylor-Couette flow using stress-free boundary conditions
泰勒-库埃特（TC）流，两个独立旋转的同轴圆柱之间的流动通常用作剪切流的规范模型。与平面Couette不同，TC流中存在钉扎二次流。这些被称为泰勒辊，并极大地影响流动行为。我们研究的可能性修改这些二级结构使用模式的无应力和无滑移边界条件的内圆筒。为此，我们进行直接数值模拟的窄间隙TC流与纯内圆筒旋转在四个不同的剪切雷诺数高达$Re_s=3\times 10^4$。我们发现，一维的方位角图案不具有显着的流动拓扑结构上的影响，并且由此产生的扭矩是一个大的分数（$\sim80-90\%$）的扭矩在完全无滑移的情况下。一维轴向模式减少扭矩更多，并为某些模式的频率干扰现有的雷诺应力，产生次级结构的辊中断。对于$Re\geq 10^4$，这种破坏导致的扭矩小于根据简单的边界层效应以及由此产生的有效滑移长度和滑移速度所预期的扭矩。我们发现，二维棋盘图案具有类似的行为，方位角图案，并不影响流量或扭矩大幅，但二维螺旋不均匀性可以移动周围的钉扎二次流，因为它们引起持久的轴向速度。我们量化的辊的各种角度和宽度的螺旋图案的运动，并找到一个非单调的行为作为模式的角度和模式的频率的函数。
2021-06-17 physics.flu-dyn
Rearrangement of secondary flow over spanwise heterogeneous roughness
采用直接数值模拟的方法，研究了具有完全可分辨粗糙度的周期性平面明渠中沿流向延伸的粗糙和光滑表面上的湍流。我们的目标是了解粗糙度的平均高度如何影响展向非均匀粗糙表面上形成的二次流的特性。为此，虽然粗糙纹理的统计特性以及粗糙条纹的宽度和间距保持不变，但平滑条纹的高度在不同的模拟情况下系统地变化。利用这种变化的三种配置，代表突出，凹陷和中间类型的粗糙度进行了分析。在所有情况下，存在二次流，并且所有非均匀粗糙表面的表面摩擦系数计算值明显大于均匀光滑和粗糙表面的面积加权平均值。这种阻力增加似乎与二次流的强度有关。次级运动的旋转方向被示出为取决于相对表面高度。目前的结果表明，这种重新安排的二次流的展向壁法向雷诺应力分量的空间分布进行相反的迹象，突出和凹陷的粗糙度。
2021-09-22 physics.flu-dyn
On the role of secondary motions in turbulent square duct flow
我们使用一个直接数值模拟（DNS）数据库中的湍流在一个正方形的管道高达散装雷诺数$\Rey_b=40000$，定量分析的平均流动结构的二次运动的作用。为了这个目的，我们推导出一个广义形式的身份的Shakagata，岩本和Kasagi（FIK），它允许量化的横流对流的平均流向速度，壁面剪应力和体积摩擦系数的影响。二次运动被发现有助于约$6\%$的总摩擦，并作为一个自我调节机制的湍流，从而壁面剪应力引起的角落不均匀性被均衡，并建立了壁面法向速度分布的普遍性。我们还进行了数值实验，其中二次运动被人为地抑制，在这种情况下，他们的均衡作用部分采取的湍流应力。
2018-03-21 physics.flu-dyn
Effect of secondary swirl in supersonic gas and plasma flows in self-vacuuming vortex tube
本文对一种特殊的涡流管--自抽真空涡流管进行了数值模拟，实现了温度分离和真空度的极值。本文的主要研究结果是SVVT中的流动结构以及SVVT中斜激波、气体摩擦、瞬时膨胀和涡束组织的能量损失估算。
2018-06-20 physics.flu-dyn
Secondary vortices in swirling flow
扭带用于诱导旋流和改善混合。采用激光多普勒测速仪（LDV）对长（节距）60 mm、直径25.4 mm的180 °扭带在圆管中的诱导流动进行了研究。在沿着管道轴线的多个位置处测量扭带旋流器下游的切向速度分布，横跨管道的水平直径。剖面显示出沿管道轴线从常规旋流到管道轴线附近的明显反向旋转的意外过渡，然后恢复到常规旋流。向流动中注入细小气泡表明存在两个叠加在主旋流上的同向旋转螺旋涡。两个同向旋转涡流的紧密接近在管道中心线处产生局部反向流动。二次涡的分析与高速摄像机视频和数值模拟。
2010-10-13 physics.flu-dyn
Linear and Secondary Instabilities in Incompressible Axisymmetric Boundary Layers: Effect of Transverse Curvature
Tutty等人曾指出过圆柱轴向流中的不可压缩边界层。al.（\cite{tutty}）比二维边界层更稳定，其中螺旋模式是最不稳定的。本文研究了这种流动的二次不稳定性。这里所示的层流对于二次扰动在高横向曲率下总是稳定的，这与线性模态的类似观察结果一起意味着流过薄圆柱体的流动很可能保持层流。一对最不稳定的二次模（$m_+$和$m_-$）的方位波数与一次模（$n$）的方位波数有$m_+=2n$和$m_-=-n$的关系。基流在任何曲率下都是无粘稳定的。
2008-07-25 physics.flu-dyn
Collective secondary instabilities: an application to three-dimensional boundary-layer flow
在某些线性不稳定流中，二次不稳定性被发现具有比一次不稳定模式大得多的波长，使得它不能用经典的Floquet分析来恢复。在这项工作中，我们采用了一种新的配方捕捉二次不稳定性耦合多个长度尺度的主要模式。该公式基于二维稳定性分析，结合Schmid等人（2017）最初描述的Bloch波形式，可以通过求解小得多的特征问题来考虑由周期单元的多次重复产生的高维系统。耦合多个周期性单元的集体不稳定性，从而可以检索。将该方法应用于有定常横流涡的后掠边界层流动的二次稳定性分析，并与Floquet分析进行了比较。两个多模态不稳定性恢复：流向波数$α_v$接近于零，大约有12个子单位参与大波长振荡，而交错图案，分谐波不稳定性的特点，观察到$α_v = 0.087$。
2022-08-02 physics.flu-dyn
Low-dimensional Galerkin projection models for predicting turbulent secondary mean flow in a square duct
Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
本研究开发了无需预先知晓湍流统计特性的低维Galerkin投影模型，可预测方管中湍流二次平均流动，仅需2个模态即可正确预测其形状与方向，模拟结果与直接数值模拟一致性良好。
2026-08-17 physics.flu-dyn
Turbulence and secondary motions in square duct flow
我们通过直接数值模拟在足够宽的雷诺数范围内研究方形截面压力驱动管道中的湍流，以达到充分发展湍流的流动条件。数值模拟在极长的积分时间内进行，以获得足够的收敛的流量统计，特别是高保真度表示所出现的二次运动。后者的强度被发现是在1-2%的体积速度的顺序，并不受雷诺数的变化。流向涡度方程中的平均对流项很小，这表明二次流具有简单的特征，在渐近高Re状态下，拉普拉斯算子的本征函数可以很好地近似二次流。尽管他们的影响，重新分配沿管道周边的壁面剪应力，我们发现，二次运动没有大的影响，平均速度场，其特征在于具有良好的精度，从并发的四个独立的平壁的影响，每个控制四分之一的流域。因此，我们发现，参数化的基础上的水力直径的概念，及其修改，是成功的预测管道摩擦系数。
2017-07-12 physics.flu-dyn
Investigation of Flow Characteristics inside a Dual Bell Nozzle with and without Film Cooling
在这项研究中，我们进行了二维轴对称模拟，以评估流动特性和了解薄膜冷却过程中的双钟形喷嘴。在喷管壁面3个不同的轴向位置注入低温二次流，模拟了二次流注入位置对双钟形喷管气膜冷却的影响。冷却效果通过喷嘴壁面上的温度和压力分布或分离点的移动来证明。喷射点下游的马赫数和温度分布记录了主流和二次流的混合。观察到的拐点区域是最有希望的位置为二次流的注入。进一步研究了二次流马赫数的影响。本文的研究表明，可以通过二次喷射（马赫数）来控制双钟形喷管的分离点，从而获得最佳的推力。
2021-02-12 physics.flu-dyn
Inertially-induced secondary flow in microchannels
我们报告了一种新的技术，被动地在微通道中以中高流速产生强的二次流，精确地控制它们，最后，由于它们的确定性，将它们编程到微流体平台中。基于流动条件，并且由于通道中存在柱，流动流线将失去其前后对称性。由于这种对称性的破坏，流体在通道的中心（即中心z平面）被推离柱。由于流动需要保持质量守恒，流体将在顶壁和底壁附近沿相反方向横向行进。因此，将在本视频中描述的通道横截面中创建NET二次流。主平台是一个简单的直通道，沿着通道放置有柱（即圆柱形柱-尽管其他柱横截面也应该起作用）。通道测量值为200 \mum \times 50 \mum，支柱直径为100 \mum。将柱定位在通道的横截面内的不同位置将导致诱导不同的二次流动模式，这可以被仔细地设计。支柱的纵向间距是另一个设计参数（本视频使用600 \mum间距）。该器械可在宽范围（中到高）流速下工作。我们在本实验中使用150 \muL /min。该装置具有3个入口，其中染料流在两个水流之间并流。在该视频中，通过可视化荧光标记流的横截面，可以看到微通道中惯性产生的净二次流的效果。在入口处和49个连续柱之后顺序地拍摄共焦图像。
2011-10-18 physics.flu-dyn
Progressive augmentation of Reynolds stress tensor models for secondary flow prediction by computational fluid dynamics driven surrogate optimisation
本研究提出基于Kriging的仿真驱动代理优化方法，渐进增强$k-ω$ SST湍流模型的二次流预测能力，同时保留其通道流原有性能，在未见过的算例中显著提升预测精度，兼顾求解器鲁棒性。
2023-11-03 physics.flu-dyn
Secondary flows drive triboelectric powder charging in pneumatic conveying
Physikalisch- Technische Bundesanstalt (PTB)（德国联邦物理技术研究院）；Otto von Guericke University of Magdeburg（奥托·冯·格里克马格德堡大学）
本研究发现二次流通过促进颗粒混合和减少碰撞，使气力输送中粉体充电速度加快并改善电荷分布。
2025-12-04 physics.flu-dyn
Surface curvature and secondary vortices in steady dense shallow granular flows
本文针对任意横截面倾斜通道中的稳定密集浅层颗粒流，基于流动浅薄性展开与二阶颗粒流变学推导渐近解，成功刻画了表面变形与二次涡流，并通过 DEM 模拟和实验验证了理论并推断出第二法向应力差。
2025-06-27 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on surface-induced secondary flows in turbulent boundary layers
本研究通过实验测量，揭示了摩擦雷诺数对三维湍流边界层中由展向表面非均匀性诱导的二次流的影响，发现二次流在特定尺度处具有稳健谱特征，并影响超大尺度运动，为阻力控制和表面设计提供新见解。
2025-03-27 physics.flu-dyn
Experimental investigation of ridge-induced secondary motions in turbulent channel flows
本研究通过大范围雷诺数下的湍流槽道实验，发现脊状粗糙表面诱导的二次流动结构基本不变，且其全局阻力呈对数-线性渐近行为，但粗糙度函数较低，为异质表面阻力预测和新模型开发提供了依据。
2025-05-25 physics.flu-dyn
Coherent structures and secondary flow in turbulent square duct
本文的目的是研究拟序结构在湍流方管内二次流产生中的作用。相干结构被定义为流动的连接区域，其中两个速度分量的瞬时波动的乘积高于基于长时间湍流统计的阈值，这是基于Lozano-Durán等人提出的三维象限分析的精神（J. Fluid Mech.，第694卷，2012年，pp. 100-130）。我们考虑了结构对平均面内速度分量的直接贡献及其几何性质。在雷诺数为$Re_τ=180$和$360$的条件下，根据中心面和通道半高处的摩擦速度，将湍流管道中发生的瞬时现象与湍流通道流进行了比较。在管道的核心区域，强烈事件对平均速度的壁面法向分量的贡献与通道中的贡献非常一致，尽管在前者中存在二次流。此外，三维物体的形状在两种流中没有显著差异。另一方面，在管道的拐角区域中，壁的接近影响相干结构的几何特性和对垂直速度的平均分量的贡献，这比不包括在这样的对象中的流的互补部分的贡献相关性小。然而，我们的研究结果表明，强雷诺剪切应力事件，尽管观察到的通道和管道之间的差异，并不直接有助于二次运动，因此需要考虑其他现象，而不是。
2019-06-03 physics.flu-dyn
On Secondary Tones Arising in Trailing-Edge Noise at Moderate Reynolds Numbers
直接数值模拟进行调查的流动特性负责的二次音调在后缘噪声中出现在中等雷诺数。对NACA 0012翼型在自由飞行马赫数为0.1、0.2和0.3、迎角为0 °时进行了模拟。对于3 °时的马赫数为0.3的情况。入射角基于翼弦的雷诺数固定为$Re_c=10^5$。研究了后缘边界层不稳定性散射产生噪声的气流构形。结果表明，噪声发射有一个主音等距离的副音，在文献中讨论。零冲角下的流动显示出一个有趣的特征;尽管几何对称，但流动变得不对称，仅在翼型的一侧有分离泡。对于非零冲角流动，也观察到分离泡。对于这两个角度的入射角分析，它表明，低频运动的分离气泡引起的频率调制沿翼型边界层发展的流动不稳定性。当机翼处于0度时。迎角也观察到流动量的强烈振幅调制，导致后缘处复杂的涡干扰机制。振幅和频率调制直接影响在后缘处散射的速度和压力波动，这导致声辐射中的次级音调。
2019-09-10 physics.flu-dyn
Unexpected secondary flows in reverse nonequilibrium shear flow simulations
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究发现反非平衡模拟在长流方向的模拟盒中会产生意外二次流动，揭示了该方法在复杂流体模拟中的局限性。
2018-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Resolvent Analysis of laminar and turbulent duct flows
这项工作适用于不可压缩流通过矩形管道的预解式分析，以确定主导的线性能量放大机制存在于这样的流量。特别是，我们制定的预解算子线性化的纳维-斯托克斯方程的二维基/平均流。层流基流只有非零的流向速度分量，而紊流情况则表现出二次平均流（普朗特第二类二次流）。一个奇异值分解的预解算子允许识别对应于最大能量放大的结构，为指定的流向波数和时间频率。预解式分析已经富有成效的展向均匀性的壁有界流动的分析，在这里，我们的目标是探索如何这样的方法和研究结果可以扩展到有限展向范围的空间域中的流动。我们调查线性能量放大机制（特别是响应谐波强迫）的大小和结构的变化的纵横比（定义为管道宽度除以其高度）之间的变化（一个正方形管道）和10。我们还研究了二次流对线性能量放大机制的影响，发现在不同的制度，它可以增强或抑制放大。我们进一步研究了二次流如何改变强迫和响应模式的形状，导致最大的线性能量放大。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Speaker-wire vortices in stratified anabatic Prandtl slope flows and their secondary instabilities
静止的纵向涡卷出现在下降和上升普朗特斜坡流由于流剪切的浮力的法向分量的优势。在这里，我们进一步确定这些纵向辊的自配对作为一个独特的流动结构。反向旋转涡对的拓扑结构与扬声器线有着惊人的相似之处，它们之间的相互作用是流场进一步不稳定和分解成更小结构的前兆。就其本身而言，扬声器线涡流保持其独特的拓扑结构，而没有任何涡流重连或分裂。对于一个固定的倾斜角$α=3^{\circ}$和在一个恒定的普朗特数，我们分析了扬声器线涡的饱和状态，并进行了双全局线性稳定性分析的基础上，他们的平稳状态。我们建立的基础和次谐波二次不稳定性依赖于扬声器线涡的基态的流通和横向波长的存在。相对于基本模式的次谐波模式的优势，有助于解释一个单一的涡对的相对稳定性相比，在存在两个或偶数对的涡动力学。这些不稳定模式是必不可少的弯曲和合并的多个扬声器线涡，打破，导致更多的动态不稳定状态，最终铺平了道路过渡到湍流。通过直接数值模拟，我们能够跟踪这些不稳定性的非线性时间演化证明了这个过程。
2022-06-03 physics.flu-dyn
Effects of inlet and secondary flow conditions on the flow field of rotating detonation engines with film cooling
通过三维模拟研究气膜冷却RDE在旋转爆震波作用下的流场与传热，揭示冷却流出流恢复规律、质量流量及位置对冷却效率的影响，并评估推力与比冲。
2024-01-21 physics.flu-dyn
Linearised Reynolds-Averaged predictions of secondary currents in turbulent channels with topographic heterogeneity
本文提出了一种基于线性化雷诺平均纳维-斯托克斯方程的二次流快速预测方法，用于研究湍流槽道流中与流向无关的表面形貌调制所产生的二次流。该工具是通过耦合的雷诺平均动量方程的Spalart-Allmaras传输方程的湍流涡动粘度，使用雷诺应力的非线性本构关系，以正确地捕捉二次运动。线性方程，描述了稳定的流动响应任意表面调制，推导出假设表面调制是浅的。由于方程是线性的，叠加原理成立，任意调制引起的流动响应可以通过适当地组合在多个展向长度尺度上正弦调制获得的基本响应来获得。该工具允许快速探索大的参数空间表征结构化的表面形貌以前在文献中检查。在这里，考虑具有正弦形壁和具有纵向矩形脊的通道。对于正弦曲线的墙壁，一个大的响应观察到在两个翼展方向的波长缩放内，外单位分别，反映了放大机制，从瞬态增长分析观察到的湍流剪切流。对于纵向矩形脊，该模型表明，响应的分析和二级结构的拓扑结构的解释时，脊宽度和脊之间的间隙被用来代替文献中提出的其他组合。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Secondary instabilities in the flow past a cylinder: insights from a local stability analysis
我们进行了三维，短波长的稳定性分析的数值模拟的二维流通过圆柱的雷诺数范围内$50\le Re\le300$ ;在这里，$Re = U_{\infty}D/ν$与$U_\infty$，$D$和$ν$是自由流速度，圆柱的直径和流体的运动粘度，分别。对于一个给定的$Re$，无粘局部稳定性方程的几何光学方法求解三个不同的封闭的流体粒子轨道（表示为轨道1，2和3）的纯横向扰动。轨道1和轨道2是对称的，轨道1和轨道2上的无粘不稳定性在$Re\approx50$和$Re\approx250$处发生分叉。在结合有限波数、有限雷诺数效应计算修正的局部不稳定性增长率后，轨道1和2上的无粘不稳定性对$Re\lesssim262$被抑制。因此，轨道1和2显示出$Re\gtrsim262$的同步不稳定性，这是非常接近的临界雷诺数的模式B二次不稳定性。进一步的证据之间的连接轨道1和2的局部不稳定性，模式B的二次不稳定性，通过比较的增长率随展向波数之间的局部和全局稳定性的方法。总之，我们的结果强烈地表明，轨道1和2上的三维短波长不稳定性是B模式二次不稳定性出现的一个可能机制。
2017-12-27 physics.flu-dyn
A Parametric Study on the Starting Transients of a Vacuum Ejector-Diffuser System
本文对真空喷射器系统的瞬态过程进行了数值模拟和实验验证。在研究中发现了惯性效应，由于该惯性效应，质量通量的方向发生了变化。因此，再循环区在瞬变期间向前和向后移动，并且次级腔室中的压力上升和下降。该系统表现为阻尼振荡流，其中质量通量的方向不断变化，并最终稳定下来的状态，在任何一个方向上都没有质量通量。由于这种惯性效应的回流区的运动进行了更详细的研究，为各种流量和几何参数。结果表明，通过二次燃烧室的压力和质量流量高度依赖于主射流和二次射流的厚度以及燃烧室的容积。随着一次流和二次流厚度的减小，惯性效应减小。惯性效应被发现是减少与增加次级室体积。研究还发现，在其他参数相同的情况下，惯性效应随着主射流压力的增大而减小。计算模拟的流场和二次室上的压力与实验数据进行了比较，发现匹配得相当好。
2012-04-15 physics.flu-dyn
Secondary Flows and Near-Wall Turbulence in Channel Flow with Longitudinal Ribs
Department of Mechanical Engineering, IIT Kanpur（印度理工学院坎普尔分校机械工程系）
该研究用大涡模拟研究通道流中矩形和三角形纵向肋条引发的二次流及近壁湍流，设定摩擦雷诺数等参数，对比了两种肋条情况下的涡旋、粗糙度函数、壁面剪切应力、雷诺应力等，发现不同特性及规律。
2026-07-14 physics.flu-dyn
Dimensionality, secondary flows and helicity in low-Rm MHD vortices
在本文中，我们研究了一个单一的电驱动涡的维数限制的两个无滑移和完全绝缘的水平壁远离$h$。研究是在弱惯性极限下通过渐近展开进行的，该展开对任何哈特曼数都有效。我们表明，可以充分描述的维数的领导秩序使用单一的参数$l_z^ν/ h$，其中$l_z^ν$代表的距离超过洛伦兹力能够被平衡之前，粘性耗散。基流在一阶时恰好在椭圆平面中引入惯性再循环，这表现为遵循两种完全不同的机制：由沿涡轴的垂直压力梯度驱动的反向埃克曼泵送，或由哈特曼边界层中的径向压力梯度驱动的直接埃克曼泵送。我们表明，当基流是准二维的，直接和反向泵浦的相对重要性是唯一的决定的纵横比$η/ h$，其中$η$是指的宽度的涡。在这两种机制中，只有反向泵浦似乎是螺旋度的重要来源。
2017-06-30 physics.flu-dyn
Aspect ratio effect on particle transport in turbulent duct flows
采用直接数值模拟的方法，研究了稀薄微米级球形惯性颗粒在湍流管道流动中的动力学行为。几何形状为正方形和矩形管道，宽高比$AR$为3，以$Re_{τ,c}=360$运行。本研究的目的是确定有序驱动的二次运动对粒子动力学的影响。结果表明，弱横流二次运动显著改变了颗粒浓度、平均速度和脉动的截面图。当管道的几何形状从$AR=1$加宽到3时，水平壁上的二次涡在展向方向上显著扩展，尽管二次流的动能在拐角附近增加，但在$AR=3$情况下，二次流的动能朝向管道中心平面衰减，因此湍流载体相接近展向周期性通道流的行为，这一事实对粒子统计有很大影响。在方形管道中，粘性子层中的颗粒浓度在管道中心平面处最大，而在$AR=3$情况下，最大值出现在靠近拐角处，距离中心平面$|z/h|\approx1.25$。有趣的是，矩形管道中的中心平面浓度比方形管道中的中心平面浓度低约3倍。此外，在两个管道的拐角处发现了积聚分布中的第二峰值。在该位置，浓度随着颗粒惯性而增加。二次运动也改变了横向流地图的粒子速度显着相比，流体流动的统计。这些直接影响颗粒速度波动，使得多个峰值出现在管道壁附近的颗粒流向和壁法向速度波动。
2016-12-04 physics.flu-dyn
Frozen propagation of Reynolds force vector from high-fidelity data into Reynolds-averaged simulations of secondary flows
针对高保真数据注入 RANS 时的误差放大问题，提出 Reynolds 力向量冻结传播并加入湍动能修正，在低、高 Reynolds 数二次流中均显著降低误差。
2022-10-08 physics.flu-dyn
Continuation and stability of rotating waves in the magnetized spherical Couette system: Secondary transitions and multistability
利用Newton-Krylov周期轨道延拓方法计算了轴对称基本磁化球库埃特（MSC）流的旋转波（RW）分叉。此外，他们的稳定性进行了分析的Floquet理论的框架。内球体旋转，而外球体保持静止，流体受到轴向磁场的作用。对于中等雷诺数${\rm Re}=10^3$（测量内旋转）的影响，增加磁场强度（由哈特曼数${\rm Ha}$测量）是解决在${\rm Ha}\in(0,80)$的范围内对应的HEDGEHOG实验在亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫的工作条件。研究揭示了具有方位波数$m=2,3,4$的波的多稳定性的几个区域，以及向准周期流的几个转变，即调制旋转波（MRW）。这些非线性流动可以分为三种不同的不稳定性的径向射流，回流和剪切层，在以前的研究中发现。随着磁力的增加，这两个流动不断地联系在一起，并且是同一分支的一部分。在两种不稳定性的中间，在某一临界${\rm Ha}$，流动的非轴对称分量最大。
2018-12-14 physics.flu-dyn
Route of hydrodynamic turbulence in rotating shear flow: Secondary perturbation triggers growing eigenmodes through the elliptical instability
旋转剪切流中的流体动力学湍流的起源是一个很大的难题，如包含科里奥利力的平面Couette流。虽然流动在实验室实验中经常表现出湍流，但根据线性扰动理论，它应该总是稳定的。我们表明，二次扰动的主要扰动流触发椭圆不稳定性在这样的系统，因此指数增长的本征模。这一结果在天体物理学和天体物理学中有直接的应用，因为天体物理学和天体物理学经常表现出具有开普勒角动量分布的湍流。我们解决了这样的开普勒流，这是类似于旋转库埃特流的湍流的起源。
2005-08-31 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Short-wavelength secondary instabilities in homogeneous and stably stratified shear flows
我们提出了一个数值研究三维，短波长的线性不稳定性的Kelvin-Helmholtz（KH）涡在均匀和分层的环境。使用二维数值模拟产生的基流的特征在于基于初始一维速度和浮力剖面定义的雷诺数和理查森数。局部稳定性方程，然后解决封闭的流线在涡基流，这是假定准定常。对于非层结的情况下，椭圆形不稳定性的涡核占主导地位，在被接管的涡边缘的双曲线不稳定性。对于分层的情况下，早期的不稳定性包括一个占主导地位的椭圆形不稳定性的核心和双曲线不稳定性的强烈影响的分层在涡边缘。在中间时间，当地的方法显示了一个新的分支的不稳定性（对流分支），出现在涡核，随后向涡边缘移动。更多的对流不稳定分支出现在涡核处并远离，然后在大部分时间合并形成涡外围内最不稳定的区域。从本地的方法的主导不稳定性特征被证明是在良好的定性一致性与结果从全球不稳定性研究均质和分层的情况下。分区分析，然后用来阐明剪切和分层上确定的不稳定性的作用。浮力的作用被证明是至关重要的主要KH不稳定饱和后，与占主导地位的对流不稳定发生在最强的静态不稳定分层的区域。最后，我们强调了潜在的洞察力的作用，当地的方法可以提供在其他流量的二次不稳定性的理解。
2018-02-14 physics.flu-dyn
Linear models of strip-type roughness
本文提出线性化RANS与Spalart-Allmaras模型耦合的框架，研究条带型粗糙度引起的二次流，发现条带宽度约为半通道高度0.7倍时二次流最强，并识别出两种诱发机制。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Primary and secondary motions in an annular plane Couette flow
本文通过轴对称直接数值模拟研究环形平面库埃特流的主次运动，验证模拟并分析三无量纲参数影响，发现其层流特性与湍流泰勒库埃特流相似，高雷诺数下呈渐近状态，可补充TC流用于两相流研究。
2025-02-12 physics.flu-dyn
Controlling secondary flow in Taylor-Couette turbulence through spanwise-varying roughness
本文通过实验和数值模拟（直接数值模拟（DNS）和浸没边界法（IBM））研究了展向变粗糙度的高湍流Taylor-Couette流动，以确定展向变粗糙度的间距和轴向宽度$s$对总阻力和流动结构的影响。我们应用砂粒粗糙度，以交替的{粗糙和光滑}带的形式应用于内圆柱体。在数值上，泰勒数是$\mathcal{O}(10^9)$，粗糙度宽度在$0.47\leq \tilde{s}=s/d \leq 1.23$之间变化，其中$d$是间隙宽度。在实验上，我们探索了$\text{Ta}=\mathcal{O}(10^{12})$和$0.61\leq \tilde s \leq 3.74$。对于这两种方法，半径比固定为$η=r_i/r_o = 0.716$，其中$r_i$和$r_o$分别为内圆柱体和外圆柱体的半径。我们提出了如何全球的传输特性和局部流结构依赖于粗糙间距$\tilde{s}$设置的边界条件。无论是数值计算还是实验，我们都发现了一个最大的角动量输运函数的$\tilde s$。这可能是由于粗糙条纹的存在触发了大尺度结构的重新排列，从而导致相应的大尺度湍流涡旋。
2019-05-16 physics.flu-dyn
Influence of the enclosed fluid on the flow over a microstructured surface in the Cassie state
本文导出了周期矩形槽表面上剪切流的流场和有效滑移长度的解析表达式。主流体处于Cassie状态，其中凹槽填充有第二不混溶流体。两种流体的耦合反映在沿流体-流体界面的局部变化的滑移分布中，其模拟了二次流体对外部流动的影响。所获得的封闭形式的解析表达式的流场和有效滑移长度的主要流体明确包含的两种流体的粘度的影响，以及局部滑移的大小，这是一个函数的表面几何形状。它们与全几何的数值计算结果吻合得很好。分析表达式允许调查的粘性应力的影响内的二次流体的任意几何形状的矩形槽。对于经典的超疏水表面，有效滑移长度的偏差相比，无粘气体流的情况下指出。另一个重要的发现，相对于一个精确的模型的流动的微结构表面是，局部滑移长度的凹槽表面是各向异性的。
2013-11-27 physics.flu-dyn
Splashing-regime transitions and secondary-droplet scaling in oblique drop impacts on a deep pool
Guangdong Ocean University（广东海洋大学）
该研究通过数值模拟揭示斜向液滴撞击深池时，定向撞击惯性主导溅射 regime 选择，二次液滴破碎遵循共同的毛细-惯性标度律，解释了实验观测到的液滴数标度现象。
2026-09-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Viscous heating effects in fluids with temperature-dependent viscosity: triggering of secondary flows
由于能量方程和动量方程之间的耦合，粘性加热在粘性与温度密切相关的流体动力学中起着重要的作用。由粘性摩擦产生的热量在管壁附近产生局部温度升高，从而降低粘度并在粘度分布中产生强烈的分层。Costa & Macedonio（2003）研究和评述了流体中的粘性加热问题，因为它在岩浆流动研究中具有重要意义。由于粘性和温度之间的强耦合，由于粘性加热引起的温度升高可能引发速度场的不稳定性，这不能通过简单的等温牛顿模型来预测。当粘性加热在壁附近的温度分布中产生明显的峰值时，由于粘性分布中的分层，可能发生不稳定性的触发和向二次流的过渡。在本文中，我们专注于粘性加热引起的热和机械效应。我们将提出的线性稳定性方程，我们将显示，在某些制度，这些影响可以触发和维持一个特定的类的二次旋转流出现组织在连贯的结构类似于辊涡。这种现象可以发挥非常重要的作用，在管道和熔岩流的通道中的岩浆流动的动力学，据我们所知，这是第一次，它已被调查的直接数值模拟。
2005-05-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Large Scale GPU Based Simulations of Turbulent Bubbly Flow in a Square Duct
本文给出了周期性垂直方管内气水两相湍流泡状流的数值研究结果。该研究是使用一种新的数值技术，利用流体体积法的接口捕获和夏普表面力的方法精确表示的表面张力力。在求解界面方程时，采用了三维几何构造法，保证了气液两相之间的绝对质量守恒和清晰界面。整个算法在多个图形处理单元（GPU）上以数据并行模式实现，利用了大量的可用内核。我们研究了一群球形气泡与向上的湍流共同流动的动力学，并与空载湍流的结果进行了比较。空载$Re_τ$的摩擦雷诺数为360，足以维持湍流。在平均流中，我们观察到了由湍流驱动的二次流，以及复杂的瞬时湍流涡结构。这些二次流与向上上升的气泡的相互作用是非常复杂的，并导致瞬时和时间平均流场的显着变化。给出了沿壁面、角平分线和壁面平分线的平均含气率分布、平均速度、纵向和横向湍流强度。观察到在壁附近的空隙率分布中的峰值，代表气泡向管道的优选部分的迁移。讨论了湍流驱动的二次流和瞬时大涡对气泡优先浓度的影响。分散的气泡打破了通常在空载湍流中观察到的细长湍流结构。
2022-12-24 physics.flu-dyn
Bulk flow scaling for turbulent channel and pipe flows
我们报告了一个理论推导体流标度规范壁有界流动。该理论通过大尺度能量长度的变分计算来解释边界几何形状（平板通道与圆管）的对称性，该能量长度通过简单指数来表征其整体流标度，即通道为$m=4$，管道为5。预测的平均速度显示出良好的协议与几十套质量的经验数据为一个广泛的雷诺数（Re），与通用的整体流量常数$κ\approx0.45$。散逸和湍流输运的预测，在整体流，等待数据验证。
2016-06-01 physics.flu-dyn
Zonal Jet Creation from Secondary Instability of Drift Waves for Plasma Edge Turbulence
提出了一种新的策略来解释在等离子体边缘湍流中广泛观察到的带状流的产生和持续。磁聚变托卡马克边缘区的堆芯物理可以用单态修正的长谷川-美玛（MHM）模型来定性描述，与我们熟悉的Charney-Hasegawa-Mima（CHM）模型相比，该模型能产生更强的纬向流和更多的物理相关特征。通过与背景基态的非线性相互作用，从二次不稳定性分析中揭示了纬向急流的产生机制。在MHM模型中，由于非纬向漂移波基态的存在，纬向模中的强指数增长被诱导，而纬向流基态则表现出稳定阻尼效应。与耗散的选择性衰减效应一起，二次不稳定性提供了一个完整的表征过程的收敛到纯粹的纬向结构。直接数值模拟和无耗散进行确认的不稳定性理论。它清楚地表明，一个占主导地位的纬向流的出现，从纯非纬向漂移波与小扰动的初始配置。相比之下，CHM模型不会在带状模式中产生不稳定性，并且通常收敛于均匀湍流。
2019-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Generation of attached Langmuir circulations by a suspended macroalgal farm
在这项研究中，我们专注于朗缪尔湍流在深海中的大型海藻养殖场的存在下，使用大涡模拟方法。波流相互作用通过求解波平均方程来模拟。在农场的水动力过程被发现驱动一个持久的流动模式类似于朗缪尔环流，但被锁定在整个农场的空间。这些二次环流的产生是因为由成排的遮篷元件产生的横流剪切导致稳定的垂直涡量场，然后在涡力的作用下旋转到下游方向。由于驱动机制类似于CraikLeibovich的2型不稳定性理论，这些次级环流也被称为附着朗缪尔环流。然后，我们应用一个三重分解的流场，揭示了基本的运动学和能量之间的平均流，二次流产生的农场阻力，和瞬态涡流。流动可视化和统计表明，附着的朗缪尔环流的结果从上层海洋混合层的调整，大型藻类农场，他们将减弱（如果不是消失）时，流量达到平衡态内的农场。三重合成能量收支表明，二次流的能量是在冠层阻力的作用下从平均流中转移过来的，而瞬态涡则是以Stokes漂移和二次流的能量转换所传递的波能为能量来源。
2021-02-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Linear and nonlinear Granger causality analysis of turbulent duct flows
本文利用POD和线性/非线性格兰杰因果分析研究方管和矩形管湍流相干结构，发现线性机制主导同对称性模态间因果、非线性效应主导对称与反对称模态间因果，并揭示二次流脉动是近壁条带运动的主因。
2024-01-11 physics.flu-dyn
The Prandtl Plus Scaling Failure and its Remedy
从理论上重新检验了Prandtl Plus标度参数。流动控制方程的方法被用来检查的相似性问题的内部区域的壁有界的湍流以及层流的情况。发现Prandtl Plus参数实际上是层流汇流的相似标度参数，而不是更一般的层流Falkner-Skan边界层流。对于沿壁面的湍流边界层流动，发现只有湍流汇流与Prandtl Plus标度参数相似。这与公认的Prandtl Plus参数适用于所有壁面约束湍流的概念截然相反。为了纠正与普朗特加参数的问题，我们引入了一组新的缩放参数，工作的Falkner-Skan边界层流，并满足相关部分的流动控制方程的相似方法。
2022-05-23 physics.flu-dyn
Metaheuristic Optimization Framework for Drag Reduction Using Bioinspired Surface Riblets
在技术上模仿自然机构已经成为优化和改进现有机械的一种非常有效的技术。肋骨是这种生物启发的表面图案，在鲨鱼身上看到。它们的几何特性引起二次流，从而降低阻力，使鲨鱼能够达到如此高的速度。二次流大致分为普朗特第一类和第二类，沟槽诱导的二次流主要属于普朗特第二类。已证明这些二次流通过减少动量损失来延迟边界层分离。本文的目的是优化使用这些生物启发模式的翼型。通过在翼型上应用条纹表面，可以延迟边界层分离，从而导致阻力减小并增加临界角。具体的几何特性，如高度和波长的肋条是不同的，以找到最佳的设计。设计框架耦合了优化算法、计算流体动力学和后处理分析。入侵杂草模型是实现优化，由于其值得称赞的性能收敛接近全局最优。通过生成具有随机分布的几何参数的沟槽轮廓的群体来初始化优化过程。然后，这些剖面经过几代人的进化，目标是最大限度地减少阻力，这是通过在OpenFOAM上进行的计算流体动力学模拟计算的。优化后的几何形状与裸翼型相比，阻力显著降低。最后，使用遗传算法建立的优化几何形状的流场分析，以了解条纹诱导的翼型的气动效率的增强。
2021-09-21 physics.flu-dyn
Scaling laws in axisymmetric magnetohydrodynamic duct flows
本文对液态金属在矩形截面圆管内的轴对称流动进行了数值研究。通过轴向磁场和径向电流的组合来强制流动。扫描范围广泛的强迫参数，我们确定了不同的制度，其特点的流量和明确的相关标度律。实验结果解释我们的数值模拟的光。
2019-10-23 physics.flu-dyn
Generalized Scaling of the Turbulence Structure in Wall-Bounded Flows
该研究揭示了壁面约束流动中雷诺应力梯度空间的普适标度，并扩展至可压缩流动，同时发现了平均速度剖面的积分标度。
2024-07-17 physics.flu-dyn
The Prandtl Plus Scaling Approximation for Turbulent Boundary Layer Flows
采用流动控制方程方法进行相似性分析，Weyburne（D。Weyburne，arXiv：1701.02364，2016）最近表明，对于2-D湍流边界层流动，Prandtl Plus标度一般不是合适的相似标度参数。基于这一失败，Weyburne提出了满足外部湍流边界层流动相似性控制方法的替代长度和速度标度参数。在这里，我们表明，无论是建议的新的缩放和普朗特加缩放有一个理论基础，要求边界层必须显示整个轮廓相似的缩放是适用的。问题是，一般认为，壁面紊流边界层在任何情况下都不具有整体剖面的相似性。因此，应用将整个轮廓相似性简化为不显示整个轮廓相似性的边界层的缩放参数意味着，在最好的情况下，结果表示良好的近似。计算机模拟结果被用来探索这些问题，并提供至少初步的实验支持的理论失败。
2019-11-16 physics.flu-dyn
The effect of electrostatic charges on particle-laden duct flows
我们报告的直接数值模拟的影响，静电荷的颗粒负载管道流。已知相应的静电力会影响小尺度下的粒子动力学和相关的湍流泳动漂移。然而，我们的模拟预测，静电力也占主导地位的粒子的旋涡运动，引起的普朗特的第二种载体流体的二次流。在这里，我们处理的流动在两个摩擦雷诺数（$Re_\mathrmτ=$ 300和~600），两个颗粒与气体的密度比（$ρ_\mathrm{p}/ρ=$ 1000和7500），和三个库仑引力比（$F_\mathrm{el}/F_\mathrm{g}=$ 0，0.004和0.026）。在$Re_\mathrmτ=$ 600和$F_\mathrm{el}/F_\mathrm{g}=$ 0.004的高密度比的流动中，颗粒倾向于在壁处积聚。另一方面，在较低的密度比下，分别在较高的$F_\mathrm{el}/F_\mathrm{g}$（0.026）下，带电颗粒仍然遵循管道中形成的二次流结构。然而，即使在这种情况下，静电力也会抵消颗粒从壁向内的通量，因此，它们在这些次级结构中的涡旋运动被显著衰减。这种流动模式的变化导致在壁的平分线处的颗粒数密度与具有不带电颗粒的相应流动相比增加五倍。最后，在$Re_\mathrmτ=$ 300、$ρ_\mathrm{p}/ρ=$ 1000和$F_\mathrm{el}/F_\mathrm{g}=$ 0.026时，静电力超过空气动力和重力，因此颗粒不再遵…
2020-10-11 physics.flu-dyn
Reynolds stress scaling in the near-wall region of wall-bounded flows
本研究针对壁面约束流动近壁区雷诺应力特性，推导得到一种新的标度律，实现近壁雷诺应力各分量的雷诺数无关分布，明确了壁面切应力脉动的作用与大涡对近壁湍流雷诺数依赖性的决定机制。
2021-06-09 physics.flu-dyn
On the turbulent flow field over riblets of various groove sizes at low Reynolds number
在这项工作中，低雷诺数湍流通过一个波纹通道，形成标准的V形槽脊，通过直接数值模拟（DNS）进行了研究。模拟试图评估由V形槽肋的特征尺寸的变化引起的流动动力学的变化。这种尺寸效应的表征提供了一种手段，以确定所产生的局部流动特征的流体沟槽相互作用，并调查其相关性的粘性阻力和湍流统计的变化。目前的模拟证实了改善的变化趋势时，在光的凹槽尺寸的流动动力学检查。在所考虑的凹槽尺寸范围的下端，湍流统计的轮廓或多或少类似于平面通道流，除了随凹槽尺寸的系统移位。当沟槽尺寸变大时，近壁流动结构的沉积和平均二次流的产生趋于更加明显。流动结构的沉积和平均二次流的集体影响与粘性阻力的增加相关，并导致湍流统计的显著变化。
2018-03-20 physics.flu-dyn
The influence of physiological flow development on popular wall shear stress metrics in an idealized curved artery
我们数值研究二次流模式和随后的壁面剪切应力分布在弯曲动脉模型的流动发展的影响，我们计算血管指标通常用于评估血流特性的变化，因为它适用于动脉疾病。我们用一个简单的，刚性的180度弯曲管模拟人体动脉，该管具有圆形横截面和恒定曲率，忽略锥度，扭转和弹性的影响。高保真度的数值结果计算从一个内部的不连续谱元素流解算器。本研究中使用的流速为生理流速。我们进行这项研究，使用牛顿血液模拟流体进行脉动流与两个流入条件。第一流动条件完全发展，而第二条件未发展（即均匀）。我们观察和讨论的差异，出现在生理波形的快速加速和减速阶段的二次流模式，我们直接连接的强度变化，这些二次流模式沿曲率的壁面剪切应力指标的差异，为每个入口条件。结果表明，在未开发的条件下，降低轴向速度产生不太强烈的二次流，反过来，降低了壁面剪应力矢量的振荡和多向性质，我们将这种影响与计算应力度量的异常。这些结果表明，潜在的较低的患病率，在弯曲的入口流量是相当不发达的生理相关的结果，以进一步了解血流发展对疾病的影响。
2022-09-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn
