Immiscible interface vs. miscible interface in Faraday instability
这是一个用高速摄影机拍摄的混溶和不混溶法拉第不稳定性的流体动力学视频。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Relevance of analytical Buckley-Leverett solution for immiscible oil displacement by various gases
为了生成有效的数值模拟模型，需要从油田收集足够数量的数据。然而，在项目开发的初始阶段并不总是能够获得这种数据。Buckley和Leverett（1942）开发了分析解决方案，可以评估驱油效率。该模型的主要假设之一是油和注入流体的不可压缩性。对于微可压缩的水和油，这种假设是合理的。然而，当气体被注入时，情况并非总是如此。本研究的目的是确定在不可压缩气体模型的使用是适当的条件。同样，当可压缩气体的模型是必要的情况下，也进行了评估。为了实现这项研究的目标，可压缩和不可压缩气体的注入之间的对比分析进行了相应的油藏工程问题的数值解。数值模型的验证表明，它匹配的分析巴克利-Leverett解决方案。研究结果表明，相对密度和绝对密度随注入气体压力的变化对两个模型的收敛性有着深刻的影响。对于所有考虑的注入流体（CO2、CH 4和N2），随着注入压力的增加，可压缩气体和不可压缩气体模型之间的差异增大。由于CO2的“密度-压力”曲线在低初始油藏压力下斜率很陡，不可压缩模型不能准确预测在任何合理的注入压力下CO2的驱油效率。所有1D结果也代表2D模拟。然而，两个模型之间的不匹配大大增加了2D仿真场景。
2018-07-20 physics.flu-dyn
The optimal displacement of immiscible two-phase fluids in a pore doublet
该研究针对孔隙双分支中不混溶两相流体驱替问题，建立考虑多力与几何结构的数学模型并首次推导解析解，明确最优驱替的定义及对应临界毛细管数，可为多孔介质优先渗吸/流现象提供解释依据。
2022-10-27 physics.flu-dyn
On the displacement of two immiscible Oldroyd-B fluids in a Hele-Shaw cell
当Hele-Shaw盒中的Stokes流体被粘性较低的流体取代时，Saffman-Taylor不稳定性发生。该模型可用于多孔介质二次采油的研究。自1960年以来，{聚合物溶液}被用作驱替液;此外，多孔储层中的油通常可以被认为是非牛顿流体。出于这一事实，在本文中，我们研究的线性稳定性的位移的两个Oldrophil-B流体在一个直线的Hele-Shaw细胞，即使通过多孔介质的流动的直接相关性不是那么明显。我们得到了扰动增长率的近似公式，它依赖于两种流体的Weissenberg数之差。{对于该差值的临界值，将显示增长率的放大。}这种奇异性是在协议与{以前}的数值和实验结果，已经报道了几篇论文关于复杂的流体在Hele-Shaw细胞的流动。
2019-03-20 physics.flu-dyn
A Volume of Fluid Method for Three Dimensional Direct Numerical Simulations of Immiscible Droplet Collisions
针对不互溶液滴碰撞三相界面重构难题，提出基于PLIC的改进VOF方法并优化CSS表面力模型，经FS3D实现验证与实验吻合，可获取实验难测数据并支撑相关建模。
2023-07-08 physics.flu-dyn
A new Timestep Criterion for the Simulation of Immiscible Two-Phase Flow with IMPES Solvers
Fraunhofer ITWM（弗劳恩霍夫应用数学研究研究所）；RPTU Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨科学技术大学）
本文提出了一种迭代IMPES求解器和新的时间步长准则，用于模拟涉及压缩性流体相的不可混溶双相流。该时间步长准则结合Courant-Friedrichs-Lewy条件和数值计算的速度导数，适应时间步长大小，不依赖主导流动特征。该求解器在多种流动场景中表现出高效和鲁棒性，包括压降主导和毛细管主导流动，且无需调整任何数值参数。此外，它在具有不连续多孔介质参数（如孔隙率、渗透率和毛细管压力函数）的案例中成功达到预期的稳态状态。与传统Coats时间步长准则相比，本文的方法在Buckley-Leverett问题和重力-毛细管平衡示例中保持了相似的精度，但时间迭代次数更少。在空气压缩示例中，新时间步长准则在非润湿相质量守恒方面显著优于Coats准则。
2026-05-21 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamically induced mixing in immiscible multilayer flows
在本研究中，我们调查静电稳定机制作用于分层流体。当重流体位于较轻流体上方时，电场已被证明可以控制甚至抑制Rayleigh-Taylor不稳定性。从不同的角度来看，类似的技术也可以用于在其他稳定系统中产生界面动力学。我们的目标是确定主动控制协议，在有限的几何形状，诱导小规模的设备，而没有移动部件的时间相关的流量。这种效应有许多应用，从混合现象到电子光刻。进行了二维计算，并描述了几个这样的协议。我们提出了计算流体动力学视频与不同的底层混合策略，这表明有前途的结果。
2013-10-12 physics.flu-dyn
The Co-Moving Velocity in Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们提出了一个连续体（即，一个有效的）描述不混溶两相流在多孔介质中的特点是两个领域，压力和饱和度。这两个场中的动量是不混溶流体运动的驱动力。流体的特征在于两个渗流速度场，一个用于每种流体。根据Hansen et al.（多孔介质中的运输，125，565（2018）），我们构建了由每种流体的渗透速度组成的速度对到由两种流体的平均渗透速度和一个新的速度参数，共同移动速度组成的速度对之间的双向变换。同向运动速度与两种不混溶流体的速度差有关，但不相等。双向映射，质量守恒方程和平均渗透速度和同向移动速度的本构方程形成确定流动的封闭方程组。越来越多的实验、计算和理论证据表明，平均渗流速度的本构方程在很宽的毛细管数范围内的压力梯度中具有幂律的形式。通过两个速度偶之间的变换，可将该本构方程直接纳入描述每种流体流动的方程中。这是例如，用相对渗透率理论是不可能的通过对文献中的相对渗透率数据进行反求，建立了随动速度的本构方程。我们还使用动态孔隙网络模型在宽范围的参数，从流动的粘度占主导地位的毛细管力和粘性力竞争的共同移动的本构方程计算。
2022-02-19 physics.flu-dyn
A Monte Carlo Algorithm for Immiscible Two-Phase Flow in Porous Media
我们提出了一个马尔可夫链蒙特卡罗算法的基础上的大都市算法模拟的宏观稳态条件下，使用动态孔隙网络模型，跟踪流体界面的运动的多孔介质中的两个不混溶流体的流动。蒙特卡罗算法基于配置概率，其中配置由所有流体界面的位置定义。我们表明，配置概率是成正比的流量的倒数。使用二维网络，使用时间积分推进界面，计算时间按线性系统大小的四次方缩放，而蒙特卡罗计算时间按线性大小的二次方缩放。我们讨论的优点和缺点的算法。
2016-12-19 physics.flu-dyn
Linear stability analysis on the onset of viscous fingering due to a non monotonic viscosity profile for immiscible fluids
针对不可混溶流体在Hele-Shaw单元中非单调黏度剖面引发的黏性指进，理论分析表明界面黏度梯度使界面失稳并促进扰动扩散，并研究了其对色散关系的影响。
2024-03-15 nlin.PS physics.flu-dyn
Immiscible fluid displacement in porous media with spatially correlated particle sizes
多孔介质中的不混溶流体驱替是许多环境过程的基础，包括水在土壤中的渗透、地下水修复、碳氢化合物的强化回收和碳地质封存。微观结构的不均匀性，特别是颗粒尺寸的不均匀性，可以显著地影响不混溶驱替。例如，它可能导致不稳定的流动和优先的位移模式。我们提出了一个系统的，定量的孔隙尺度的颗粒尺寸的排水的部分润湿流体的空间相关性的影响的研究。我们进行孔隙网络模拟不同的流速和不同程度的空间相关性，辅以微流体实验。模拟和实验的位移模式表明，空间相关性导致更优先的入侵，减少捕获的防御流体，特别是在低流速。数值计算结果表明，增大关联长度可以减小流体-流体界面面积，减小保护流体的截留，增加入侵模式的不对称性和选择性。我们的实验，进行低毛细管数，支持这些发现。我们的研究结果描绘了空间相关性对多孔介质中流体驱替的显著影响，与广泛的自然和工程过程有关。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Heat transfer in turbulent Rayleigh-Bénard convection within two immiscible fluid layers
本文数值研究了两个不混溶流体层内的湍流Rayleigh-Bénard对流，旨在了解层厚和流体性质如何影响两层系统中的传热（用Nusselt数$Nu$表征）。二维和三维模拟都是在固定的全球瑞利数$Ra=10^8$，普朗特数$Pr=4.38$，和韦伯数$We=5$。我们在$0.01 \le α\le 0.99$之间改变上层的相对厚度，并且在$0.1 \le λ_k \le 10$之间改变两种液体的导热系数比。观察到两种流动状态：在$0.04\leα\le0.96$的第一个区域，对流出现在两个层中，并且$Nu$对$α$不敏感。在$α\le0.02$或$α\ge0.98$的第二种状态下，对流只存在于较厚的层中，而较薄的层由纯传导主导。在该方案中，$Nu$对$α$敏感。为了预测$Nu$在系统中，其中两个层是由一个独特的接口分开，我们应用Grossmann-Lohse理论的两个单独的层，并施加在界面处的热流守恒。在不引入任何自由参数的情况下，对$Nu$和界面温度的预测与我们的数值结果和以前的实验数据吻合得很好。
2021-08-25 physics.flu-dyn
Birth of a bubble: Drop impact onto a thin liquid film for an immiscible three-fluid system
Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；York University（约克大学）
研究不可混溶三流体系统中液滴冲击薄液膜时气泡形成的机制，通过数值模拟揭示液膜变形和气层润滑对气泡形成的关键作用。
2025-12-07 physics.flu-dyn
Hydrodynamic Impulse in a Compressible Fluid
推导了可压缩流体中水动力冲量的一个合适表达式。发展适当的可压缩欧拉方程的冲量公式证实了这里给出的可压缩流体的水动力冲量表达式的正确性。指出了该公式应用于可压缩涡环的意义。本文讨论了理想可压缩流体中定常运动的轴对称涡系的变分特征。
2010-05-27 physics.flu-dyn
A new set of equations describing immiscible two-phase flow in isotropic porous media
基于非平衡态热力学，推导了多孔介质中不混溶两相流中各部分体积流量之间以及各部分体积流量与总体积流量之间的一般关系式。这些方程与饱和度守恒一起将不混溶两相流问题简化为复杂流体的单相流问题。我们根据相对渗透率方程讨论了新方程。我们测试模型系统的方程，分析和数值。
2016-12-19 physics.flu-dyn
Investigating the migration of immiscible contaminant fluid flow in homogeneous and heterogeneous aquifers with high-precision numerical simulations
由于非饱和带和饱和带之间系统的不同行为，非饱和带中三相不混溶流体流动的迁移的数值模拟具有挑战性。这种行为的结果是使用不同的数值方法的流体流动的数值模拟取决于它是在非饱和区或饱和区。本文表明，使用高分辨率的激波捕捉保守方法来解决三相不混溶流体流的非线性控制耦合偏微分方程，允许通过两个区域的系统的数值模拟提供一个统一的视野（和分辨率）的迁移的不混溶污染物问题在多孔介质内。特别是，使用不同的初始方案（包括非均质含水层中的不透水的“透镜”），三维数值模拟结果的时间演变的污染物迁移以下的饱和剖面的三相流体流在饱和饱和带。它被认为是密度小于水的轻质非水相液体，或密度大于最初在不饱和干燥土壤中释放的水的致密非水相液体。我们的研究表明，命运的不混溶的污染物的迁移在饱和带的可准确地描述，使用一个独特的数学保守模型，不同的演变取决于系统的物理参数的值，包括污染物的密度，并准确地跟踪尖锐的（冲击）污染物前沿的演变。
2022-03-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamics of Immiscible Binary Fluids with Viscosity Contrast: A multiparticle collision dynamics approach
我们提出了一个多粒子碰撞动力学（MPC）的实现分层不混溶流体$A$和$B$不同的剪切粘度的平面界面分离。模拟的流剖面施加稳定的剪切运动和随时间变化的剪切应力函数是在很好的协议与我们的连续流体动力学的复合流体的结果。波矢相关的横向速度自动关联函数（TVAF）在层的大体积流体区域的指数衰减，并同意单相各向同性MPC流体。此外，我们确定的流体动力学迁移率的嵌入式胶体球移动稳定平行或横向的流体-流体界面，从接口的距离的函数。所得到的迁移率是在良好的协议与水动力多极计算，为一个无滑球蠕动流动条件下移动附近的一个干净的，理想的平坦界面。所提出的MPC流体层模型可以直接实现，并且计算效率非常高。然而，由于MPC方法固有的空间离散化，该模型不能再现不混溶流体之间理想平坦界面的所有流体动力学特征。
2021-09-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Geometric structure of parameter space in immiscible two-phase flow in porous media
本文基于广义热力学框架，将多孔介质中不混溶两相流的速度分别解释为切向量和仿射坐标，并利用几何结构推导出共动速度的一般形式。
2025-02-04 physics.flu-dyn
Using colloidal deposition to mobilize immiscible fluids from porous media
胶体颗粒有望从多孔介质中动员和去除捕获的不混溶流体，并对关键的能源和水应用产生影响。大多数研究集中于使用可以定位在不混溶流体界面处的颗粒来实现这一目标。因此，研究人员通常寻求优化颗粒的表面活性，以及它们自由移动通过孔隙空间的能力，同时最小限度地沉积到周围的固体基质上。在这里，我们证明，沉积可以，令人惊讶的是，促进动员被困流体从多孔介质，而不需要任何表面活性。使用共聚焦显微镜，我们直接可视化的胶体颗粒和捕获的不混溶流体在一个透明的，三维（3D）多孔介质。我们发现，作为非表面活性颗粒沉积在固体基质上，越来越多的被困流体变得动员。通过分析沉积的程度以及被困液滴的几何形状，我们解开了基本的物理学，在孔隙尺度上：沉积增加了被困液滴上的粘性应力，克服了使它们被困的毛细作用的影响。给定捕获流体的初始分布，这种分析使我们能够预测通过胶体沉积动员的流体的程度。总之，我们的工作揭示了一种新的方式，可以利用胶体动员被困流体从多孔介质。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interface dynamics of immiscible two-phase lattice-gas cellular automata: A model with random dynamic scatterers and quenched disorder in two dimensions
我们使用格子气元胞自动机模型中存在的随机动态散射网站和淬火无序的两相不混溶模型的目的是产生一个界面动力学类似于Hele-Shaw细胞中观察到的。在一个干净的晶格和一个晶格与淬火无序中的一种流体取代其他的界面的动力学进行了研究。对于干净的系统，如果流体具有较低的粘度取代其他，我们表明，该模型表现出Saffman-Taylor不稳定现象，其功能是在非常好的协议与那些观察到的真实（粘性）流体。在具有淬火无序的系统中，我们得到了两种情况下界面宽度的增长和粗化指数的估计：粘度匹配流体和不稳定界面的情况。第一种情况与具有表面驰豫的随机沉积模型属于同一普适类。此外，虽然早期的界面动力学的行为类似，粘性手指开发在第二种情况下，随后产生的气泡的背景下，一个复杂的动力学。我们还确定了Hurst指数的次扩散分数布朗运动与接口，从中我们得到它的分形维数和相关的渗流过程的普适类。
2015-08-04 physics.flu-dyn
New Approaches for the Interface Reconstruction and Surface Force Computation for Volume of Fluid Simulations of Droplet Interaction of Immiscible Liquids
针对不相溶液体液滴碰撞，提出VOF方法的高效界面重构和增强CSS表面力计算模型，模拟结果在形态和机制边界上与实验高度一致。
2021-04-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stochastic motion of finite-size immiscible impurities in a dilute quantum fluid at finite temperature
通过对Gross-Pitaevskii方程的数值模拟，研究了有限温度下稀释量子流体中活性、有限尺寸和不混溶杂质的动力学行为.杂质被建模为一个本地化的排斥势和描述与经典的自由度。结果表明，不同尺寸的杂质热化与流体，并进行随机动力学兼容的Ornstein-乌伦贝克过程在足够大的时间滞后。测量了杂质的速度关联函数和位移，观察到摩擦力随温度的增加而增加。这种行为是现象学解释的情况下，杂质交换动量与热激发的稀释气体，经历爱泼斯坦阻力。
2020-12-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Vortex Stretching and Reconnection in a Compressible Fluid
研究了可压缩流体中的涡拉伸问题。二维和轴对称的情况下被认为是分开的。与旋涡相关的流动垂直于均匀应变流动的平面。在轴附近的外部施加的密度积聚导致涡旋-“修饰的”涡旋（类似于电介质系统中的“修饰的”带电粒子）的增强的紧凑性。在2D以及轴对称的情况下，可压缩涡流的解决方案确定了可压缩的情况下，导致可压缩湍流的Kadomtsev-Petviashvili频谱相关的长度尺度。在可压缩流体中的涡重联过程被证明是可能的，即使在无粘的情况下-可压缩性导致流体中的涡线解冻。
2005-09-23 physics.flu-dyn
Compressible Flows in Fluidic Oscillators
我们提出了定性观察流体振荡器的几何形状通常被称为扫描射流在主动流量控制应用的内部流动特性。这是流体动力学视频的一部分。
2013-10-11 physics.flu-dyn
Contribution of a time-dependent metric on the dynamics of an interface between two immiscible electro-magnetically controllable Fluids
我们考虑两种不混溶运动介质之间的可变形材料界面的情况，它们都是可磁化的。界面处度规的时间依赖性在质量动量和角动量的表面动力学方程中引入了一个与平均曲率成比例的非线性项。我们考虑到该术语的影响，也在奇异的磁场和电场内的接口，导致通过接口的电流和电荷密度的存在下，从推导的麦克斯韦方程组内的散装和接口。此外，我们给出了熵产生和不同的热力学通量的表达式。我们的结果扩大了以前的结果，从其他理论的具体作用的时间依赖表面度量是不够强调。
2009-10-27 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Molecular scale contact line hydrodynamics of immiscible flows
通过对不混溶两相流的分子动力学模拟，我们发现流体与固壁之间的相对滑移处处遵循广义Navier边界条件，滑移量与切向粘性应力和未补偿的Young应力之和成正比。后者是由流体-流体界面与其静态配置的偏差引起的。本文给出了一个不混溶流体动力学的连续方程，包括广义Navier边界条件、纳维-斯托克斯方程和Cahn-Hilliard界面自由能。我们的流体动力学模型产生的界面和速度的配置文件相匹配的分子动力学模拟在分子尺度附近的接触线。特别是，在高毛细管数的行为，导致流体-流体界面的分裂，准确地预测。
2003-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Exchange flow of two immiscible fluids and the principle of maximum flux
由于两种不可混溶的、不可压缩的流体之间的界面的任意性，两种流体在圆柱形管中相互经过的稳定的同轴流动具有连续的可能性。通过调用存在的表面张力，以至少限制任何接口的形状，圆弧或完整的圆，我们考虑以下问题：哪一个流将最大限度地交换时，只有一个划分接口伽玛？令人惊讶的是，答案从根本上不同于更知名的同向两相流的情况下，一个轴对称（同心）的核心，环形的解决方案总是优化通量。相反，最大通量状态总是不对称的，要么是"并排"配置，其中伽马在管壁处开始和结束，要么是偏心芯-环形流，其中伽马是偏心的完整圆，其中粘性较大的流体被粘性较小的流体包围。对于小于或等于4.60的小粘度比β，并排解决方案是最有效的交换器，否则偏心核-环解决方案是最佳的。在大β，这种偏心的解决方案提供了51%以上的流量比轴对称的核心环形流，这总是一个局部极小的通量。
2009-12-04 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Rayleigh-Taylor Instability in a Compressible Fluid
重新考虑了可压缩流体中的瑞利-泰勒不稳定性。在正压假设下，允许密度随压力变化。对于两种叠加流体中声速相等的情况，为了对瑞利-泰勒增长率给出非平凡的压缩性校正，压缩性校正被计算为$O(g^2/k^2a^4)$。为了这个顺序，压缩性效应被发现，以减少增长率。
2008-05-05 physics.flu-dyn
Exact Solutions for the Fluid Impulse for Incompressible and Compressible Flows
Kuz'min [1]和Oseledets [2]考虑了Euler（和Navier-Stokes）方程的冲量公式，不同的冲量公式由各种规范变换产生（Russo和Smereka[3]）。Tur和Yanovsky [4]和Shivamoggi [5]考虑了将Kuz'min-Oseledets公式推广到可压缩正压情况。本文构造了不可压缩和可压缩正压流的流体脉冲密度的精确解，并讨论了它们的物理意义。
2019-07-22 physics.flu-dyn
Effective permeability of an immiscible fluid in porous media determined from its geometric state
本文提出一种基于几何状态的人工神经网络，用于预测多孔介质中不混相两相流的有效渗透率，在4500个未见样本上达到R²=0.98，解决了从孔隙尺度到达西尺度的升尺度问题。
2023-06-22 physics.data-an physics.flu-dyn
Splitting of Resonant Frequencies of Acoustic Waves in Rotating Compressible Fluid
它示出，在旋转的可压缩流体的谐振频率（测量在一个系统的参考旋转与介质一起）的方位角运行的声波被分成两个分量。所得结果可作为测量介质角速度的方法和旋转技术装置声学的基础，具有实际意义。
2007-01-16 physics.flu-dyn
Relations between Seepage Velocities in Immiscible, Incompressible Two-Phase Flow in Porous Media
本文从热力学角度出发，导出了多孔介质中不可压两相流各流体组分的渗流速度方程。它们需要引入一个新的速度函数，即共同运动速度。该速度函数是多孔介质的特征。连同速度与驱动力（例如压力梯度）之间的本构关系，这些方程形成封闭集合。我们解决了四个版本的毛细管模型分析使用此理论。我们测试的理论数值上的网络模型。
2017-12-19 physics.flu-dyn
An improved multicomponent pseudopotential lattice Boltzmann method for immiscible fluid displacement in porous media
多孔介质中的不混溶流体驱替发生在几种自然和工业过程中。例如，在从多孔岩石储层中提取石油的过程中，使用水来驱替石油。本文采用基于多分量赝势格子玻尔兹曼方法的改进数值模型，研究了非均匀多孔介质中的一次排水和自吸现象。我们从文献中应用最近的发展，并开发新的压力边界条件。我们表明，该模型是能够模拟现实的粘度比，它允许独立的调整表面张力从粘度。此外，该模型抑制了以前的计划，其中捕获的流体体积随时间显着变化的非物理行为。此外，我们表明，开发的模型正确地捕捉到流体位移的基本物理现象。我们模拟了油水流动，并验证了束缚水和残余油饱和度的实测值是现实的。最后，我们改变多孔介质的润湿条件来表示不同的润湿状态。对于不同的情况下，我们表明，模拟与实验结果吻合良好。
2022-02-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Abelian and non-Abelian considerations upon compressible fluids with Maxwell-type equations and the minimal coupling with electromagnetic field
本文得到了以速度和涡量为源的可压缩流体的麦克斯韦型方程。分析了关联函数和弥散关系随雷诺数的变化。构造了兰姆矢量和涡量的拉格朗日量，并讨论了运动方程。在此之后，我们分析了带电流体动力学的情况。最后，给出了一些结果的非阿贝尔推广。附录中描述了非阿贝尔流体的基本综述。
2014-12-04 physics.flu-dyn
Submodels of the Special Compressible Fluid on Two-Dimensional Subalgebras
本文从气体动力学方程导出的最优代数系统$L_{13}$中引出二维子代数。计算了二维sabalgebra代数的不变量，构造了二维sabalgebra代数的不变量子模型。然后，不变子模型被简化为规范类型之一：进化或静止。
2003-03-25 physics.flu-dyn
Implicit Molecular Stresses in Weakly-Compressible Particle-Based Discretization Methods for Fluid Flow
基于弱可压缩粒子的离散化方法用于求解亚音速纳维-斯托克斯方程，在流体动力学界越来越受欢迎。其中最流行的方法之一是弱可压缩光滑粒子流体动力学（WCSPH）。由于单个数值粒子的动力学是由流体动力学输运方程确定的，因此每个定义的粒子应该代表均匀的流体元素。然而，它可以很容易地认为，一个单一的粒子行为只有伪拉格朗日，因为它是受体积分割误差，很难适应其形状的实际流体流动。因此，我们将假设内核支持提供了一个更好的实际流体元素的代表。通过非平衡分子动力学（NEMD）分析，推导了基于核的流体元件的等温输运方程。NEMD分析的主要发现是一个分子应力张量，这可能有助于解释当前在弱可压缩粒子离散化方法的应用中遇到的问题。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Wall-bounded multiphase flows of N immiscible incompressible fluids: consistency and contact-angle boundary condition
Purdue University（普渡大学）
本文提出一种有效方法，用于模拟由N种不同密度、粘度和相互表面张力的不混溶不可压缩流体组成的壁限多相流，并提出了一种适用于N相和M相的接触角边界条件，通过数值实验验证了方法的物理准确性。
2016-10-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Phase-field model for the Rayleigh--Taylor instability of immiscible fluids
本文用相场描述法研究了小Atwood数极限下两种不互溶流体的Rayleigh-Taylor不稳定性。在这种方法中，尖锐的流体界面被薄的但有限的过渡层所取代，在过渡层中，界面力平滑地变化。这是通过引入一个序参量（相场）来实现的，该序参量的变化在界面层上是连续的，并且在体区域中是均匀的。相场模型服从Cahn-Hilliard方程，并与标准的纳维-斯托克斯方程双向耦合。从这个方程组出发，我们首先进行了线性分析，由此我们解析地重新推导出了已知的重力-毛细管色散关系在混合能量密度和毛细管宽度为零的极限。我们已经进行了数值模拟，并确定了一个区域的参数，在该区域中的线性相位（稳定和不稳定）的已知属性是复制在一个非常准确的方式。这已经在可忽略的粘度的情况下和在非零粘度的情况下完成。在后一种情况下，只有扰动增长率的上限和下限是已知的。最后，我们还研究了弱非线性阶段的扰动演化，并确定了一个政权的特点是由一个恒定的终极速度的气泡/尖峰。终极速度的测量值与现有的理论预测是完全一致的。相场法是一种很有价值的方法，它可以用来描述流体动力学湍流和波动湍流的动力学过程。
2008-06-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kolmogorov-Hinze scales in turbulent superfluids
本文通过数值模拟研究了湍流双组分超流体中不可混溶区域尺寸随能量输入率的变化规律，发现强不可混溶时遵循经典Kolmogorov-Hinze理论的ε^{-2/5}标度，弱不可混溶时因量子效应改变为ε^{-1/4}标度。
2023-08-05 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Multiphase Flows of N Immiscible Incompressible Fluids: A Reduction-Consistent and Thermodynamically-Consistent Formulation and Associated Algorithm
Purdue University（普渡大学）
本文提出了一种降维一致且热力学一致的公式及算法，用于模拟由N种不混溶不可压缩流体组成的等温混合物的动力学，通过数值实验验证了其在多组分流体、大密度比和大粘度比问题中的物理准确性。
2017-07-27 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Adjoint Complement to the Volume-of-Fluid Method for Immiscible Flows
本文主要研究了流体体积法（VoF）的伴随补充方法，该方法适用于空气和水等不混溶两相流，由于其计算效率高，在海洋工程中得到了广泛的应用。原始和相应的伴随VoF方法的特殊挑战是指具有不连续物理特性的尖锐界面处理。针对两种主要的压缩对流格式，即高分辨率界面捕获格式（HRIC）和任意网格压缩界面捕获格式（CICSAM），分别推导了连续伴随两相系统（分部积分）和相应的对偶压缩对流格式（分部求和）.对偶方案严格地反映了原始的归一化变量图（NVD）格式。注意力仅限于稳态应用。因此，原始和对偶过程都在伪时间中执行，并且对偶方法的后向积分围绕（伪时间）收敛的原始场执行。本文分析了一个工程模型问题的原方程和伴随方程。模型问题的分析解决方案最初提出，这表明，伴随部分不提供一个唯一的，非平凡的解决方案。作为一种补救措施，一个额外的扩散浓度项被引入到伴随浓度方程。从修改后的方法得到的数值结果对模型问题的分析解进行基准。此外，还讨论了修正对二维水下翼型绕流数值模拟灵敏度的影响。最后的应用程序是指一个通用的3D水下航行器的形状优化，并强调自由流动参数的影响可以忽略不计。
2020-09-06 math.OC physics.flu-dyn
Highly Efficient Lattice-Boltzmann Multiphase Simulations of Immiscible Fluids at High-Density Ratios on CPUs and GPUs through Code Generation
本文提出了一种基于保守Allen-Cahn模型的多相格子玻尔兹曼方法的高性能实现方法，该方法支持高密度比和高雷诺数。元编程技术用于自动为CPU和GPU生成优化代码。耦合模型在高级符号描述中指定，并通过自动转换进行优化。通过计算核的融合减少了所得到的算法的内存占用。屋顶线分析证明了在单个GPU上生成代码的出色效率。由此产生的单个GPU代码已被集成到多物理场框架waLBerla中，以在大型域上运行大规模并行模拟。通信隐藏和支持GPUDirect的MPI产生近乎完美的缩放行为。缩放实验是在Piz Daint超级计算机上进行的，该计算机具有多达2048个GPU，模拟了数百个完全解析的气泡。此外，验证的实施中所示的物理相关的三维气泡在水中上升。
2020-12-11 cs.MS cs.PF physics.flu-dyn
A Corrected Open Boundary Framework for Lattice Boltzmann Immiscible Pseudopotential Models
Guangdong University of Technology（广东工业大学）；BGI Research（华大基因研究院）
本文提出一种基于MRT的修正开放边界框架，用于改善非混溶伪势模型中界面形成和稳定性问题。
2026-02-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The irrotational motion of a compressible inviscid fluid
在模拟引力场中研究了可压缩无粘流体的无旋运动，并将其度规与广义相对论中的度规进行了比较，在实验上实现了蒸发黑洞的流体模拟，并具有与标准模型相关的对称性。在这里，我们表明类比也定量地扩展到电磁和量子力学现象。我们讨论了一个候选模型来解释这些类比的数量和精度。
2013-01-31 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Physical Formulation and Numerical Algorithm for Simulating N Immiscible Incompressible Fluids Involving General Order Parameters
Purdue University（普渡大学）；Center for Computational and Applied Mathematics（计算与应用数学中心）；Department of Mathematics（数学系）
本文提出一种基于一般序参数的物理建模和数值算法，用于模拟N种不可压缩不混溶流体的运动，通过显式计算多相混合能量密度系数，降低计算复杂度。
2014-08-15 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Parametric internal waves in a compressible fluid
我们描述了振动对有限体积流体的影响，由于其可压缩性，流体是密度分层的。我们表明，内部重力声波可以参数不稳定的振动。由此产生的不稳定性类似于经典的法拉第不稳定性的表面波，虽然修改的可压缩性质的流体。在气液临界点附近进行实验观察是可能的。
2009-10-26 physics.flu-dyn physics.gen-ph
A boundary element method for the solution of finite mobility ratio immiscible displacement in a Hele-Shaw cell
本文在Hele-Shaw盒中数值研究了具有有限流度比的两种不互溶流体之间的相互作用。在不同的毛细管数和流度比使用有限的流动率比模型之间的低粘度流体和高粘度流体的界面处开始的指进不稳定性进行了分析。本工作的动机是可能的发展的界面不稳定性，可能会发生在多孔介质中的CO $_2$封存的过程中，但不假装分析这个复杂的问题。相反，我们提出了一个详细的研究类似的问题发生在一个海勒-肖细胞，给可能的羽流模式，可以在CO $_2$注入发展的迹象。数值方案利用边界元法，其中两种流体的界面处的法向速度直接通过超奇异积分的评价来计算。边界积分方程的求解采用Neumann收敛级数与三次B样条边界离散，表现出6阶空间收敛。收敛系列允许长期的非线性动态增长的粘性手指，以准确和有效地探索。在低流度比制度的模拟揭示了大的差异，指进模式相比，由以前的高流度比模型预测。最重要的是，竞争手指之间的经典手指屏蔽被抑制。次级指状物可以具有显著的速度，与高迁移率比流动相比，允许与初级指状物更大的相互作用。最终，这种相互作用会导致基底变薄，手指断裂成单独的气泡。
2021-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A unified algorithm for interfacial flows with incompressible and compressible fluids
界面两相流的大多数可用的数值算法要么将两个流体相视为不可压缩（恒定密度），要么将两个相视为可压缩（可变密度）。这对许多两相流（例如亚音速燃料喷射）的预测提出了限制，因为由于液体的非常刚性的压力-密度-温度耦合，将两相都视为可压缩的在计算上昂贵。一个框架的能力，治疗一个阶段的可压缩和其他阶段的不可压缩的，因此，有一个显着的潜力，以提高计算性能，仍然捕捉所有重要的物理机制。我们提出了一种数值算法，可以模拟界面流在所有马赫数制度，范围从$M=0$到$M > 1$，包括界面流中的可压缩和不可压缩流体相互作用，在同一个压力为基础的框架和保守的有限体积离散。对于只有不可压缩流体或只有可压缩流体的界面流，建议的基于压力的算法和有限体积离散化减少到数值框架，已经在文献中提出。典型的算例被用来验证所提出的算法，包括混合的可压缩-不可压缩界面流与声波，冲击波和稀疏风扇。
2022-01-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Scale-to-scale energy transfer rate in compressible two-fluid plasma turbulence
本文导出了三维可压缩双流体等离子体湍流中能量传递的精确关系式。在长时间的限制，我们得到了一个精确的法律表示的尺度到尺度的平均能量通量率的两个点增量的流体变量的每个物种，电场和磁场和电流密度，并提出了一个强有力的约束湍流动力学。在适当的假设下，恢复了不可压缩单流体和双流体极限以及可压缩单流体极限。在单一流体的限制下，分析是在忽略和不忽略电子质量的情况下进行的，从而使精确的关系适合于更广泛的应用。在可压缩的两个流体政权，总的能量通量率，不像单流体的情况下，被发现是不变的背景磁场的存在下。精确的关系提供了一种方法来测试是否在等离子体的尺度范围是惯性或耗散，是必不可少的理解空间和稀释天体物理等离子体的非线性性质。
2020-04-29 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Direct numerical simulation of dispersed particles in a compressible fluid
本文提出了一种直接数值模拟的方法来研究可压缩溶剂流体中分散颗粒的动力学行为。模拟的有效性进行检查，通过计算的速度松弛的脉冲被迫球形粒子与已知的解析解。模拟还提供了有关流体运动的信息，这提供了对粒子运动的一些了解。波动也引入了随机应力，这种情况下的有效性进行了检查，通过比较计算结果与波动耗散定理。
2012-06-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hyperbolic systems of quasilinear equations in compressible fluid dynamics with an objective Cattaneo-type extension for the heat flux
我们考虑了空间中无粘可压缩流体的运动方程与热通量的Cattaneo型扩展之间的耦合。这些方程被写在拟线性形式，我们确定的热通量的给定配方允许系统的双曲性。这一特征对于此类方程组的柯西问题的适定性的物理意义是必要的。
2023-01-10 math.AP physics.flu-dyn
Multiphase Flows of N Immiscible Incompressible Fluids: An Outflow/Open Boundary Condition and Algorithm
Purdue University（普渡大学）；Center for Computational and Applied Mathematics（计算与应用数学中心）；Department of Mathematics（数学系）
本文提出了一种有效出流/开放边界条件及算法，用于模拟包含N种不混溶不可压缩流体的多相流动力学，通过能量稳定性与降维一致性保证了算法的稳定性和效率，并通过数值实验验证了其准确性。
2017-11-12 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Conserved integrals for inviscid compressible fluid flow in Riemannian manifolds
对于n>1维曲黎曼流形上无粘可压缩流体流动的Euler方程，给出了运动域和运动面上所有运动型局部守恒律的显式确定.还确定了所有相应的运动学常数，以及由无粘可压缩流体方程的汉密尔顿结构产生的所有汉密尔顿运动对称性和运动卡西米尔。
2015-09-10 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Motion of slightly compressible fluids in a bounded domain. II
研究了有界区域中的无粘可压缩流体问题。我们找到了一个独特的解决方案的初边值问题，并表明，它是附近的不可压缩流体的初始条件为两个问题的类似解决方案是接近的。特别地，可压缩流的初始速度在零时刻的发散被假定为是小的。此外，我们发现，解决方案的可压缩运动问题的拉格朗日坐标系中的微分依赖于他们的初始数据，这类非线性方程的一个意想不到的结果。
2016-06-14 math.AP math.DG math.FA
