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
Multiple vortex structures in the wake of a rectangular winglet in ground effect
本文用SPIV方法研究了嵌入湍流边界层中的单个矩形小翼（涡发生器）尾迹的涡量分布。小翼通常安装在一个平面上，与迎面气流成一定角度。改变小翼高度（恒定展弦比）和角度的参数研究表明，与通常的经典单叶尖涡概念相反，尾流通常由多涡结构的复杂系统组成。先前已经发现主涡包含轴向流和旋转流之间的直接耦合。在目前的工作中，即使是从测量流向涡量检测到的纵向次级结构也显示出类似的行为。描述观察到的多个涡流的稳定远尾流状态作为小翼高度和角度的函数的状态图揭示了不仅具有主梢涡的流拓扑结构的复杂模式，而且还具有附加的二级结构。分叉图显示了各种次级结构的不同区域，以及在某些情况下初级涡如何受到它们的存在的显著影响。这些数据应作为灵感的过程中产生的纵向涡的增强传热和传质的工业设备，因为多涡制度可以帮助改善这些交换的条件。此外，这些结果指出了现有无粘性模型的弱点，没有考虑到尾流中多涡结构的可能性。
2019-06-14 physics.flu-dyn
Numerical study of liquid flow and heat transfer in rectangular microchannel with longitudinal vortex generators
对带有纵向涡发生器的矩形微通道内单相层流流动和换热特性进行了数值研究。采用具有温度依赖性热物理性质的去离子水进行模拟。采用基于有限体积法和SIMPLEC算法的开源流场求解器进行了三维数值模拟。五种不同的配置的微通道与不同的LVGs的攻角被认为是。模拟结果与现有的实验数据进行了比较，并实现了低于10%的偏差。结果表明，在雷诺数为100 ~ 1100的范围内，带LVG的微通道的努塞尔数增加了2-25%，而摩擦因数增加了4- 30%。除了Re=100时的一个外，所有配置LVG的微通道的总体性能都高于1。
2018-11-07 physics.flu-dyn
Vortex breakdown in a hydro turbine draft tube swirling jet
Hydro Energy and Applied fluid Dynamics (HEAD) Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
研究水轮机尾水管旋流射流中涡旋破裂现象，揭示了涡旋绳的形成与亚临界解及滞后环的产生，通过临界分岔分析阐明了回流气泡的动态变化。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Effect of inflow conditions on tip vortex breakdown in a high Reynolds number wind turbine wake
实验研究不同来流条件下高雷诺数风力机尾流叶尖涡破裂，发现湍流强度和叶尖速比显著影响涡破裂，而平均剪切影响较弱。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Analysis of vortex breakdown in an enclosed cylinder based on the energy gradient theory
对封闭圆柱内的旋涡破裂现象进行了数值模拟研究。利用能量梯度理论，考虑了离心力、科氏力、角动量和方位涡量的影响，对圆柱内的涡破裂进行了解释。研究结果表明，能量梯度函数K的大值主要位于中心线以及圆柱两侧的循环涡与中心线处的涡破裂气泡之间的区域。发现中心线处能量梯度函数K的局部峰值位置对应于涡破裂的首次发生位置。K函数在水平方向上的局部峰值位置对应于除中心线以外的速度拐点。在低展弦比情况下，涡破裂主要取决于中心线处的高K值。圆柱体两侧环流涡与中心线涡破裂气泡之间的高K值区的影响随长径比的增大而增大。对于大展弦比，圆柱体两侧的循环涡与中心线处的涡破裂泡之间的高K值区域可能影响涡破裂泡的发生和发展。
2018-08-15 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Suppression of von Kármán vortex streets past porous rectangular cylinders
虽然在文献中已经广泛地研究了尾流通过不透水钝体的稳定性特性，但是仍然缺乏关于多孔钝体周围和通过多孔钝体的流动的类似分析。在这项工作中，在直接数值模拟的框架下，结合局部和全局稳定性分析，在低到中等雷诺数的多孔矩形柱的孔隙率和渗透率的尾流图案的效果进行了数值研究。一个修改后的Darcy-Brinkman公式在这里，以便描述多孔介质内的流动行为，其中也保留对流项，以正确地考虑在高渗透率值的惯性效应。考虑了圆柱体的不同纵横比，改变厚度与高度的比t/d，从0.01（平板）到1.0（方柱体）。结果表明，渗透性的机构有很强的效果，在修改的唤醒和相关的流动不稳定性的特性，而孔隙度弱影响所产生的流型。特别地，流体流过多孔体，并且因此，随着渗透性逐渐增加，最初附接到多孔体后部的再循环区域首先从多孔体分离，并且最终甚至在近尾流中消失。全球稳定性分析导致识别的临界值的渗透率以上的任何线性不稳定性被阻止。此外，一个不同的缩放的无量纲渗透率允许确定一个一般的阈值，这里研究的所有配置，确保抑制涡脱落，至少在所考虑的参数空间。
2018-05-30 physics.flu-dyn
Vortex breakdown and its topologies in turbulent flows within a typical swirl combustor geometry
Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad（印度理工学院（ISM）丹巴德）；Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
本文通过大涡模拟研究旋流燃烧室中湍流中涡旋破裂的拓扑结构，确定了关键值和拓扑图以预测和解释涡旋破裂状态。
2026-02-22 physics.flu-dyn
Effects of sidewalls and leading-edge blowing on flows over long rectangular cavities
本文采用大涡模拟（LES）方法研究了侧壁效应对三维可压缩流动特性的影响，研究了长径比为$L/D=6$和$W/D=2$的矩形空腔在$Re_D=10^4$时的流动特性。对于展向周期性空腔流动，由于展向涡卷起和流动冲击，在剪切层和空腔后壁上存在较大的压力波动。对于带侧壁的有限跨空腔，由于侧壁对涡卷的干扰，压力波动减小。通过将马赫数从0.6增加到1.4，也减少了流动振荡。此外，空腔内的二次流增强了沿展向的动能输送。此外，三维缝射流沿空腔前缘放置，以减少流动振荡的目的。对于$M_\infty=0.6$和$1.4$的情况，分别用动量系数$C_μ=0.0584$和$0.0194$考虑定常吹入边界层。由射流引入的三维流动抑制了剪切层中展向涡的大的相干卷起，对于展向周期性和有限跨度空腔，均产生均方根压力和均方根速度的$9-40\%$减小。
2018-05-02 physics.flu-dyn
Cascades and Reconnection in Interacting Vortex Filaments
在高雷诺数下，两个涡流管之间的相互作用导致强烈的速度梯度，这是流体湍流的核心。这种涡量放大是通过初始涡管的两种不同的不稳定性机制产生的，假设是反平行的，并具有镜像对称平面。在中等雷诺数下，管通过Crow不稳定性而不稳定，非线性发展导致芯体强烈压扁成薄片。然后，这些片材预锻成长丝，长丝可以重复该过程。在较高的雷诺数下，不稳定性通过椭圆不稳定性进行，产生垂直于原始管方向的涡流管。在这项工作中，我们表明，这些相同的过渡之间的乌鸦和椭圆形不稳定性发生在中等雷诺数时，我们改变两个直涡管之间的初始角$β$。我们证明了当两个管之间的角度接近于$π/2$时，管之间的相互作用导致薄涡面的形成。这些片的随后的破裂涉及成对片的扭曲，随后出现小尺度涡旋结构的局部云。在两个管之间的角度$β$的值较小时，击穿机制改变为椭圆级联状机制。而两个涡的相互作用取决于初始条件，细尺度涡结构的快速形成似乎是一个强大的功能，可能是普遍的非常高的雷诺数。
2021-02-22 physics.flu-dyn
Alteration of helical vortex core without change in flow topology
细长涡核随流动拓扑结构变化而突然膨胀通常称为涡破裂。我们提出了一个新的实验观察的螺旋涡核壁有界湍流的核心尺寸突然增长，但没有改变流动拓扑结构的改变。尽管涡核的螺旋对称性的特征参数在非均匀压力梯度的影响下从平滑的线性变化转变为不同的趋势，但螺旋对称性本身被保留，从而导致螺距增加而不改变其符号。
2019-06-14 physics.flu-dyn
Reconnections of Vortex Loops in the Superfluid Turbulent HeII. Rates of the Breakdown and Fusion processes
涡环的合并与破裂动力学是整个涡缠结动力学的重要组成部分。另一部分是个别线的运动，在存在摩擦力和施加的外部速度场（如果有的话）的情况下服从毕奥-萨伐尔定律。在目前的工作中，我们评估的重连率$A(l_{1},l_{2},l)$和$B(l,l_{1},l_{2})$的系数。数量$A$是当长度为$l_{1}$和$l_{2}$的两个循环碰撞并形成长度为$ l=l_{1}+l_{2}$的单个循环时事件的数量（每单位时间和每单位体积）。数量$% B(l,l_{1},l_{2}) $描述了当长度为$l$的单个循环分解为长度为$ l_{1}$和$l_{2}$的两个子循环时的事件速率。这些量被评估为在时刻$t$连接$ξ_{2}$和$ ξ_{1}$的环上的两个点的向量$\mathbf{S}%_{s}(ξ_{2},ξ_{1},t)$的零的平均数。单个环的统计数据取自涡旋缠结的高斯模型。PACS-number 67.40
2005-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.supr-con
Effect of vortex and entropy sources in sound generation for compressible cavity flow
本研究报告的效果，不同的源项的近场和远场的声学特性的可压缩流超过一个矩形腔使用混合计算气动声学方法。我们使用一个低色散和耗散可压缩流体流动求解器结合声学扰动方程求解器的基础上的频谱/HP元素方法。混合方法涉及在第一步骤中从流体模拟计算基本场和声源。在下一步中，声学求解器利用变量来预测由于给定源引起的声学传播。对基准情况下的方法的验证提供了相当准确的结果，同时与现有的文献相比。研究扩展到评估的重要性，熵源项的流动超过一个矩形腔。涡和熵源项的混合模拟的预测再现扰动压力值非常接近现有的直接数值模拟结果。此外，结果表明，仅使用涡源项高估了源区域附近的扰动压力。最后，我们进行了详细的模拟与所有的源项调查的可压缩流动的空腔的噪声源在不同的马赫数范围内（M = 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 1.5）。所得声频谱和声指向性与参考实验结果吻合较好。
2021-05-17 physics.flu-dyn
Flow Simulation of Lid-Driven Rectangular Cavity by Using Lattice Boltzmann Method
方腔中的壁面驱动流动已经得到了广泛的研究，但在实际问题中，矩形腔流动出现的频率更高，而且矩形腔的一些流动特性还没有得到充分的研究。本文采用格子玻尔兹曼方法（LBM）对二维矩形空腔内的盖驱动流动进行了数值模拟。首先，对标准方腔进行了验证，给出了不同Re下一次涡和二次涡的速度分布、流函数值和中心位置，并与前人的研究结果进行了比较。然后，在雷诺数Re为4000-8000，纵横轴比Ar为0.4 ~ 2.0的范围内，对矩形空腔的涡动力学进行了模拟和讨论，并真实地绘制了矩形空腔的一次涡流线和中心迁移。最后，详细分析和总结了LBM在矩形腔中产生的稳态、周期、非周期和不稳定现象，以及Re和Ar在矩形腔流动状态转变中的重要作用。通过500 ×（500*Ar）网格下的LBM数值模拟，我们发现，随着Re的增加，Ar固定的矩形腔中的流动状态单调地从稳定态、周期态到非周期态和不稳定态变化;而随着Ar的增加，Re固定的矩形腔中的流动状态非单调地变化。此外，周期态的周期长度随Ar和Re的变化而变化。
2022-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Breakdown of the large-scale wind in Γ=1/2 rotating Rayleigh-Bénard flow
圆柱形样品中旋转Rayleigh-Bénard对流的实验和模拟表明，随着旋转速率的增加，热传输增加。这种热传输的增强是密切相关的过渡在湍流结构从一个政权占主导地位的大尺度环流（LSC），由一个单一的对流卷，在没有或弱旋转的政权占主导地位的垂直排列的旋涡在强旋转。对于具有纵横比Γ= D/L = 1（D是样品直径，L是其高度）的样品，两种状态之间的过渡由LSC强度的强烈降低指示。相比之下，对于r = 1/2，Weiss和Ahlers [J. Fluid Mech. { \bf{688} }，461（2011）]揭示了在临界旋转速率之外存在类似LSC的侧壁温度特征。他们认为，这可能是由于形成了双涡状态，其中一个涡从底部垂直延伸到样品内部并带来温暖的流体，而另一个涡从顶部带来冷流体;这种流场将产生类似于LSC的侧壁温度特征。在这里，我们通过直接数值模拟（r = 1/2）和允许与实验直接比较的参数表明，对流单体中垂直排列的旋涡结构的空间组织确实产生（对于时间平均值）侧壁附近温度的正弦变化，如实验中所发现的。这也是与Γ=1样本的本质和重要差异，其中垂直对齐的涡流随机分布。
2012-11-15 physics.flu-dyn
Dean Instability in Double-Curved Channels
本文利用广义度规的格子Boltzmann模型研究了弯曲通道中的Dean不稳定性。为此，我们首先改进和验证的方法，通过测量临界Dean数在过渡从层流到涡流的流向弯曲的矩形通道，获得了很好的协议与文献值。利用我们的模型内的任意度量的容易实施，我们研究了通过双弯曲通道的流体流动，使用椭球坐标，并研究了依赖于通道的两个垂直曲率半径的过渡到涡流。我们不仅观察到了向2胞涡流动的转变，还观察到了向4胞涡流动甚至6胞涡流动的转变，并且发现当两个曲率半径近似相等时，向2胞涡流动转变时的临界Dean数出现最小值。
2014-11-12 physics.flu-dyn
Griffin Plots of vortex-induced vibrations: revealing self-similarity for quick estimation from transient displacement responses
本研究揭示了Griffin图在涡激振动中的自相似性，提出一种基于瞬态位移响应的数值估计方法，并建立经验模型，显著减少实验测量需求。
2025-04-07 physics.app-ph physics.flu-dyn
Investigation of Mixing Characteristics in Strut Injectors using Modal Decomposition
数值研究了大尺度涡结构对剪切层混合和扩展的影响。本文研究了两种支板结构，即直支板和锥形支板，在两种对流马赫数（Mc = 1.4和0.37）和两种喷流高度（0.6和1 mm）下的流动特性。在马赫数为2的来流中，氢气射流通过二维狭缝喷入。模拟和实验数据之间的良好协议被见证，而瞬时数据揭示了各种大尺度结构的存在下，在流场。从瞬时场可以明显看出，两种几何形状具有不同的旋涡破裂位置。还注意到，涡破裂的早期开始表现为混合层厚度的增加，其效果反映在整体混合特性中。结果表明，剪切强度对近场混合起着重要的作用。较高的剪切强度促进了大涡的产生。分析表明，SS-0.6的情况下，提供了最高的混合效率由相对大尺度结构占主导地位。通过本征正交分解（POD）得到的本征模证实了主导结构的存在，并揭示了涡配对/合并和崩溃所涉及的一系列事件。动态模态分解（DMD）也加强了通过POD进行的观察。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Destruction of wall-bounded vortices using synthetic jet actuators
University of Delaware（特拉华大学）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；Hofstra University（霍夫斯特拉大学）
合成喷嘴通过破坏涡流相干性减少其旋转，有效抑制靠近墙壁的涡流结构。
2026-03-02 physics.flu-dyn
The impact of heating the breakdown bubble on the global mode of a swirling jet: Experiments and linear stability analysis
本文研究了非等温旋转射流发生涡破裂时的动力学行为，重点研究了螺旋拟序结构。提出了加热回流泡可以抑制主要的螺旋相干结构。这一命题进行了评估与立体粒子图像测速（PIV）测量的击穿区的等温和加热的旋转射流。通过PIV快照，通过本征正交分解，获得了主导螺旋结构的相干动能。对于一组实验参数，温和的加热被发现，以增加占主导地位的螺旋模式的能量含量。强加热导致相干结构能量减少30%。对于第二组实验参数，检测不到主导相干结构的改变。时均速度场的局部线性稳定性分析表明，两种配置之间的关键区别是在各自的造波机位置的密度比。发现约0.8的密度比与实验中的全局模式的抑制相关。模型的密度和速度分布的参数研究表明，最重要的参数，支配当地的绝对增长率：密度比和相对位置的密度分布和内部剪切层。
2016-09-12 physics.flu-dyn
Generation and Breakdown of Surface Streaks in Wind-Driven Aqueous Flow
本文用一个随时间发展的具有加速表面漂移速度的边界层模式分析了风应力驱动水流中的旁路转捩方案。模型的参数被选择为模仿波浪水槽实验，参考风速为5 m/s。为了研究孤立的边界层过程，采用了一个平坦的自由表面，它抑制了波浪的产生。首先，首选的初始扰动，其中边界层是最敏感的使用线性非正常增长理论。这些扰动被布置为位于自由表面附近的流向恒定涡对。随后，直接数值模拟初始化这些最佳扰动和流向条纹的产生。高速条纹渗透到更深的水层，并经历蜿蜒的不稳定性，让人想起在壁面有界流动中低速条纹上发展的不稳定性。条纹不稳定性引起的横向波动在自由表面，这非常类似的染料图案在风浪池实验波发病前。本分析提供了这些实验观察的理论背景。
2020-12-20 physics.flu-dyn
Stability of vortex lattices in rotating flows
CNRS-CONICET-UBA, Institut Franco-Argentin de Dynamique des Fluides pour l’Environnement (IFADyFE)（法国-阿根廷环境流体动力学研究所）
本研究通过数值模拟探索三维旋转流动中涡旋晶格的动力学稳定性，发现其稳定性为无记忆随机过程，平均寿命敏感依赖系统参数，可形成类似临界系统的长寿命亚稳态，为行星大气涡旋模式提供见解。
2025-10-07 physics.flu-dyn
Contribution of spanwise and cross-span vortices to the lift generation of low-aspect-ratio wings: Insights from force partitioning
本文研究了小展弦比矩形机翼上低雷诺数流动中涡诱导升力产生的机理。我们使用一个严格的力分割方法，它允许的压力引起的气动载荷的估计，由于不同的流动特征或涡结构的机翼周围的流动。这项工作的具体重点是区分展向和跨展向涡结构对压力诱导升力产生的影响。我们量化了由这些不同的涡流在机翼上引起的升力，并且还估计了它们在机翼周围和尾流中的流场的不同区域内的影响。通过改变机翼的展弦比和迎角，我们表明，在大多数情况下，展向涡的总升力的贡献小于跨展向涡。此外，近尾流中的展向涡量能够在机翼上产生净负升力，这可以通过分离和量化尾流中涡核和应变区的影响来解释。计算结果表明，力分配方法在分析涡主导流动的流动物理特性方面是有效的。
2022-11-21 physics.flu-dyn
Discrete shedding of secondary vortices along a modified Kaden spiral
当物体在流体中加速运动时，剪切层的卷起会形成一个主涡。这个主涡不会无限增长，并将达到一个有限的大小和强度。超过临界极限的额外涡量将最终形成尾剪切层并积累成二次涡。二次涡流通常比一次涡流小得多。在这里，我们专注于形成，脱落，和轨迹的二次涡产生的旋转矩形板在静止的流体中使用时间分辨粒子图像测速。雷诺数（Re）从840变化到11150。在低Re时，剪切层是一个连续不间断的涡量层，它卷起形成一个单一的相干主涡。当Re=1955时，剪切层变得不稳定。当Re>4000时，二次涡从板尖离散释放。首先，我们证明了卷起的剪切层，主涡的轨迹，和二次涡的路径可以预测的修改卡登螺旋。其次，分析了二次涡脱落的时间。在旋转过程中，连续的二次涡释放之间的时间间隔不是恒定的，而是随着更多的涡脱落而增加。脱落时间间隔也随雷诺数的减小而增大。在两种条件下增加的时间间隔是由于循环进料速率降低。
2021-03-16 physics.flu-dyn
On the vortex dynamics of synthetic jet -- turbulent boundary layer interactions
利用立体粒子图像测速技术（SPIV）对合成射流与湍流边界层相互作用产生的旋涡动力学进行了实验研究。对三种展弦比为18的矩形孔口几何形状进行了试验，包括垂直于壁面的展向和流向孔口，以及在下游倾斜$45^\circ$的展向孔口。此外，三个驱动条件进行了测试，以探讨不同的吹风比和Strouhal数的影响。在测量平面阵列上获得的SPIV数据用于重建三维平均和锁相速度场，从而能够详细分析旋涡的形成和发展。孔口几何形状和流动条件的变化产生了一系列涡流结构，包括扭曲的涡环、发夹形涡流和拱形涡流。从壁面法线孔的射流主要由与边界层涡度相同方向旋转的涡所控制，该涡度通过增加混合来提高近壁面流速。相反，在倾斜射流的主导结构旋转的边界层涡，这些射流通过直接增加动量提高了近壁的流速。流场分析表明，合成射流-边界层的相互作用，导致倾斜的射流在低吹风比下工作，产生的占主导地位的涡流比壁面垂直射流在相同条件下产生的涡流弱得多。最后，在最低的Strouhal数测试的壁法向射流中的涡流之间的间距的增加导致更高的非定常混合比在较高的Strouhal数观察。
2022-05-15 physics.flu-dyn
Long-range Ordering of Topological Excitations in a Two-Dimensional Superfluid Far From Equilibrium
本文研究了二维超冷玻色气体在实验可实现的正方形和矩形阱中从含涡旋激发的非平衡初态的弛豫。我们发现，涡气体激发子系统的结果在自发出现的相干超流与非零粗粒涡度场。这种紧急准经典的二维流的流函数是由玻尔兹曼-泊松方程。该方程揭示了描述能量的光谱凝聚的中性涡旋气体的最大熵状态可以根据流是否自发地获得角动量而被分类为流的类型。数值模拟的中性点涡模型和玻色气体的二维Gross-Pitaevskii方程在一个正方形显示，一个大规模的湍流流场与净角动量的出现，是一致的Boltzmann-Poisson方程的预测。这些结果使我们能够在二维量子流体中观察到与二维经典湍流实验中观察到的类似流动具有惊人的相似性的光谱能量凝聚。通过将正方形变形为矩形区域，所得到的最大熵状态切换到具有零净角动量的偶极流场。
2016-05-31 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Instabilities and spin-up behaviour of a rotating magnetic field driven flow in a rectangular cavity
本研究以旋转磁场（RMF）驱动立方体内导电流体流动为研究对象，进行数值模拟与实验研究。调查的重点是自旋，其中液体金属（GaInSn）突然暴露于RMF产生的方位角体力，以及随后的流动发展。数值模拟依赖于一个半解析表达式的感应电磁力密度在一个长方体容器内的绝缘壁的导电介质。在两个垂直平面的速度分布测量使用一种新的双平面，双分量超声阵列多普勒测速仪（UADV）与连续的数据流，使长期测量调查瞬态流。这种方法允许识别的主要新兴的流动模式，从一个稳定的过渡到不稳定的流态与指数增长的速度振荡使用适当的正交分解（POD）方法。在振荡流态的特征频率被确定在超临界范围内的临界磁泰勒数$Ta_c \approx 1.26 \times 10^5$以上，其中从稳定的双涡结构的二次流的过渡到不稳定的制度与指数增长的振荡被检测到。数值模拟预测的平均流场结构和随时间的演变与实验观测的结果吻合得很好。
2017-11-02 physics.flu-dyn
From vortices to forces - a data-driven framework for unsteady lift generation in three-dimensional vortex-dominated flows
本研究针对高雷诺数三维涡主导流动中涡结构与瞬态力的因果关联难题，以突启动转子叶片为对象，结合直接数值模拟与力分解方法提出量化涡对升力影响的指标，构建了非定常力归因的数据驱动框架。
2025-07-30 physics.flu-dyn
Modeling of Hydroacoustic Noise from Marine Propellers with Tip Vortex Cavitation
本研究通过大涡模拟与空化模型及声类比，研究船用螺旋桨梢涡空化湍流，发现空化增强水下辐射噪声，尤其下游方向声压级增加达20分贝。
2024-05-24 physics.flu-dyn
Helical structure of longitudinal vortices embedded in turbulent wall-bounded flow
研究了平板湍流附壁流动中的嵌入涡，该涡是由被动矩形叶片涡发生器在低雷诺数流动（$β$，基于进口网格尺寸$L=0.039\;$ m和自由流速度$U_{\infty} = 1.0\;$ m s $^{-1}$）中与来流形成的。这些研究是在低速闭路风洞中利用立体粒子图像测速仪（SPIV）进行的。涡流已被证明具有螺旋对称性，允许以简单的方式描述流动。轴向涡度等值线图显示$20^{\circ} \leq β\leq 40^{\circ}$的主涡占优势，次涡较弱。对于该范围之外的角度，由于出现额外的流动效应，螺旋对称性受损。描述的流动模型已被利用，显示出很强的并发性与测量，即使该模型是解耦的外部流动过程，可能会扰乱螺旋对称性。涡的螺距、涡核尺寸、环流和平流速度都随装置角度$β$线性变化。这对于流动控制是重要的，因为由此可以确定由螺旋涡流以及对于给定的装置角度$β$重新分配轴向速度分量的涡流引起的轴向速度。这也简化了理论研究，\eg理解和预测的稳定性的旋涡和模拟的流动数值。
2019-06-14 physics.flu-dyn
Aerodynamic performance and flow mechanism of 3D flapping wing using discrete vortex method
本文采用离散涡方法模拟三维矩形扑翼，比较刚性、弯曲、扭转及弯扭耦合机翼的升推力、推进效率与涡动机理，并分析运动学参数影响。
2023-09-27 physics.flu-dyn
Vortex interaction with a rough wall formed by a hexagonal lattice of posts
本文报道了一个直径为D（ReΓ= 3000）的层流涡环与由高度h*=0.068的圆柱组成的类法克尔表面的迎头碰撞的实验研究。六边形和随机分布的柱的晶格（层中的平均孔隙率e = 0.94）相对于普通壁彼此进行比较。在碰撞前，涡环发展出不同模态数N=5-7相互竞争的自然方位不稳定性的早期状态。当与粗糙壁碰撞时，观察到次级环被向外推，并且不像在平壁碰撞中那样缠绕在初级环周围。在两个相反符号的涡环之间，诱导了强烈的流体反弹。六角晶格导致进一步的二次涡结构的快速增长，在一个规则的模式数N=6的安排在主环的外边缘的形式的六个瓣，这是对齐的优先途径在层中的取向。在叶片的外尖端处产生径向壁射流。围绕撞击中心旋转苦行僧几何形状也相应地旋转射流的位置和方向。具有相同平均数密度的柱的随机晶格的表面不能重复该观察，并且在环完全破裂之前看不到规则的二次流动图案。结果表明，定制的安排，这样的职位，可用于近壁流动控制时，在职位层中的首选路径的模式锁定与现有的不稳定模式，如在冲击射流或湍流边界层流。
2018-02-17 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
Study of air-core vortical flow structure induced by a plughole vortex
本文研究了静止矩形水箱排水时排水管中塞孔涡的产生及其后果。对不同直径的排水管，在排水管入口处开始出现表面倾斜的临界水深和最小水深进行了参数化分析。这项研究探讨了以下自然发生的现象所产生的塞孔涡。(i)塞孔涡流最初导致表面下沉朝向排水管的入口发展，并且随着表面下沉接近排水管的入口，其产生液滴状气泡。(ii)一种独特的气泡转变，即，从液滴形到甜甜圈形的气泡环，发生在液滴形气泡从表面凹陷分离之后。(iii)环形气泡环随排水流动，并在排水管中最初引起气泡流。(iv)随着排水管入口上方的水头减小，液滴状气泡尺寸增大，气泡环尺寸随之增大，并在排水管中引起段塞流。(v)当段塞结合时，排水的流动最终成为排水管中的环形流动。声音，如瞬间嘶嘶声和气泡槽排水，被观察到作为气泡形成过程的结果而产生。研究了气泡形状和大小的时间变化。在0.45 ~ 0.6的范围内，气泡直径与气泡长度的比值与水深与排水管直径的比值成线性关系。几个排水情况下进行了数值模拟，观察这些自然发生的现象的物理。采用涡核法对由塞孔引起的涡的形状和大小进行了可视化和分析。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Rather than drafting, vortex capture dictates efficiency in three-hydrofoil schools
Lehigh University（利哈伊大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Brown University（布朗大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
研究通过三维实验探讨三片水翼学校集体推力与效率提升机制，发现紧凑结构中涡旋捕获效应显著，而非传统划桨策略，且需主动控制维持高效性能。
2026-04-22 physics.flu-dyn
Evolution of a Network of Vortex Loops in HeII. Exact Solution of the "Rate Equation"
本文研究了HeII中由于涡环融合和破裂而引起的涡环网络的演化。本文在Copeland等人提出的长度为$l$的环数分布函数$n(l)$的“速率方程”的基础上进行了研究。利用“碰撞"积分中的特殊性质，我们求出了定常情况下”动力学方程“的类幂精确解。这个解就是前面在数值计算中得到的著名的平衡分布$n(l)\varpropto l^{-5/2}$。然而，我们的结果不是平衡的，相反，它描述了在涡环尺寸的空间中具有长度（或能量）的两个相互通量的状态。分析这个解，我们得出了几个结果的结构和动力学的旋涡纠缠在超流湍流氦。特别地，我们得到了平均曲率半径是交线空间的数量级。我们还得到的涡旋纠缠的衰减服从Vinen方程，获得较早的唯象。我们还评估了重连事件的全速率。PACS-number 67.40
2005-05-30 astro-ph cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
From a vortex gas to a vortex crystal in instability-driven two-dimensional turbulence
本研究通过直接数值模拟探讨了外力驱动二维湍流的结构形成，揭示了包括大尺度涡旋、混合态、涡旋气体及六角涡旋晶体在内的四种稳态解分支，并分析了涡旋晶体在强迫强度变化下的形成与熔化机制。
2024-01-07 cond-mat.soft nlin.PS physics.ao-ph
Identifying a superfluid Reynolds number via dynamical similarity
雷诺数提供了向湍流转变的表征，在经典流体动力学中具有广泛的应用。确定这样的参数在超流系统是具有挑战性的，由于其基本上无粘性的性质。对二维超流圆柱尾迹进行了系统的研究，观察到圆柱形障碍物引起的旋涡脱落频率的动力学相似性。湍流尾流动力学的普遍性是通过表达脱落频率在一个适当定义的超流雷诺数，${\rm Re}_s$，占超流通过量子涡旋脱落的故障。对于大型障碍物，无量纲脱落频率表现出一个普遍的形式，是很好地拟合的经典经验关系。在这种状态下，无论障碍物的宽度如何，向湍流的转变发生在${\rm Re}_s\approx 0.7$。
2014-11-21 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Connecting shear-flow and vortex array instabilities in annular atomic superfluids
本研究通过构建反向旋转的原子超流构型，观测到剪切层演化为量子化涡旋阵列再卷绕成团簇的过程，验证了不同超流体系下不稳定性增长率的统一标度关系，建立了涡旋阵列与剪切流不稳定性的关联，为量子非平衡现象研究提供了新途径。
2024-04-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.flu-dyn
Entropy-Stable Schemes in the Low-Mach-Number Regime: Flux-Preconditioning, Entropy Breakdowns, and Entropy Transfers
熵稳定（ES）格式，特别是根据[Tadmor \textit{Math. Comput.} 49（1987）91]建立的格式，在过去的十年中，特别是在使用高阶方法对可压缩湍流进行欠分辨模拟的情况下，得到了越来越多的关注。这些计划是有吸引力的，因为它们可以提供在全球和非线性意义上的稳定性（与热力学的一致性）。然而，充分实现ES计划的潜力，需要更好地掌握他们的本地行为。熵稳定性本身并不意味着良好的局部行为[Gouasmi \textit{et al.} \textit{J. Sci. Comp.} 78（2019）971，Gouasmi \textit{et al.} \textit{Comput. Methd. Appl. M.} 363（2020）112912]。在这种精神下，我们研究了ES计划的问题，其中\textit{global stability is not the core issue}。在目前的工作中，我们考虑了低马赫数区域中迎风型格式通常遇到的精度降低问题[Turkel \textit{Annu. Rev. Fluid Mech.} 31（1999）285]，以及使用\textit{Flux-Preconditioning} [Turkel \textit{J. Comput. Phys.} 72（1987）277，Miczek \textit{et al.} \t…
2022-01-06 math-ph math.MP physics.flu-dyn
