Laminar forced convection characteristics in a round microchannel with shape uncertainty: effect of wall slip
本文研究圆形微通道形状不确定性对层流强制对流的影响，通过随机几何生成与滑移边界分析，发现粗糙度平均降低努塞尔数并增加摩擦系数。
2024-06-17 physics.flu-dyn
Quantitative coarse graining of laminar fluid flow penetration in rough boundaries
流体与壁面之间的相互作用是通过对壁面处的流体速度施加一定的边界条件来描述的。为了理解流体在粗糙壁附近的行为，可以提供粗糙表面的每个点处的流体速度。这种方法需要对粗糙度有详细的了解，并且可能强烈依赖于粗糙度。对粗糙壁的边界条件进行建模的另一种方法是粗粒化并提取流体平均渗透到粗糙度中的渗透深度。在这项工作中，我们表明，对于广泛的周期性粗糙度图案和相对流速，可以得到一个通用的穿透深度函数。我们得到这些结果与实验和互补的数值模拟。我们的研究结果表明，壁粗糙度边界条件可以捕获的平均“滑移长度”，因此表明，表面图案产生广泛的控制壁滑移。
2022-10-16 physics.flu-dyn
Unsteady laminar pipe flow of a Carbopol gel. Part I: experiment
本文对屈服应力剪切变稀流体（Carbopol- 980）的低雷诺数非定常管流进行了实验研究。对存在和不存在壁面滑移的流变流动中的固-流转变的研究揭示了不可逆变形状态与壁面滑移现象之间的耦合。特别地，壁滑移的存在几乎抑制了与流变滞后相关的变形功率赤字随材料受力速率的缩放。不可逆的固-流转变和壁面滑移行为出现在相同的施加应力范围内，因此，这两种现象似乎是相互耦合的。在增加/减少阶梯压力斜坡过程中进行的流场的原位测量揭示了三种不同的流态：固体（塞状），固体-流体和流体。与压力斜坡的增加/减少分支期间观察到的滞后相关的变形功率赤字揭示了对不稳定流驱动速率的依赖性，该速率与存在滑移的流变学测量期间观察到的速率一致。滑移速度对壁面剪应力的依赖性揭示了仅在流体流动状态内的Navier型滑移行为，这表明壁面滑移现象直接耦合到固-流转变。滑移速度与壁面速度梯度的普遍标度被发现和滑移长度是独立的特征时间强迫t0。论文最后讨论了主要发现及其对我们目前对Carbopol凝胶屈服和滑动行为的理解可能产生的影响。提出了几个步骤值得追求未来的实验/理论研究。
2013-01-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
SPH modelling of hydrodynamic lubrication: laminar fluid flow-structure interaction with no-slip conditions for slider bearings
FOSS CFD-SPH代码SPHERA v.9.0.0（RSE SpA）被授权处理无滑移条件和层流状态下的流体-固体相互作用，以模拟流体动力润滑。该代码在此相对于均匀滑动轴承（即，对于恒定的润滑剂膜深度）和线性滑动轴承（即，对于沿着主流动方向具有线性轮廓变化的膜深度）。验证是指与解析解的比较，在此广义考虑任何狄利克雷边界条件。此外，这项研究允许在无滑移条件下的流体固定的前沿相互作用的第一个代码验证。与最先进的模型相比（基于雷诺方程的二维流体膜程序），突出了以下特点：（i）具有均匀粘性的不可压缩流体的Navier-Stokes方程的所有项的三维公式;（ii）局部和全局量的验证（压力和速度分布;承载能力）;（iii）模拟任何3D拓扑结构的可能性。该研究还显示了使用CFD-SPH程序在模拟滑块边缘附近的惯性和三维效应方面的优势，并且它开辟了新的研究方向，克服了基于Reynolds流体膜方程的流体动力润滑程序的局限性。这项研究最终允许SPHERA处理流体动力润滑，并为涉及流体-结构相互作用的其他相关应用领域（例如，洪水和山体滑坡造成的固体运输;岩石滑坡）。SPHERA在GitHub公共存储库上开发和分发。
2019-10-07 cs.CE physics.flu-dyn
An analytic probability density function for partially premixed flames with detailed chemistry
层流预混火焰轮廓甲烷/空气自由火焰和应变火焰在不同的燃料/空气比和应变率进行了分析，使用详细的化学与路易斯数等于一。结果表明，详细的化学火焰轮廓的进展变量CO2+CO和H2O+H2在正则拉伸坐标可以准确地拟合最近提出的分析假定火焰轮廓在很宽的范围内的燃料/空气比通过适应一个单一的模型参数的轻微概括。应变火焰轮廓可以使用额外的线性坐标变换来再现，模拟预混火焰理论预测的由应变引起的预热区压缩。可替代地，可以仅使用来自层流火焰计算的层流火焰速度和完全燃烧温度来确定模型参数。坐标变换的拉伸因子与cp/lambda成比例，其在层流火焰上下降高达4倍。它示出了如何修改的非常数CP/lambda的层流火焰\textcolor{black}{probability density function (pdf)}，多项式拟合CP/lambda作为函数的进步变量允许分析结果的层流火焰pdf，进步变量和反应源项的平均值。部分预混火焰的分析PDF提出了基于贝叶斯定理作为一个β PDF的混合物分数和层流火焰PDF的评估在各自的燃料/空气比的组合。
2021-12-20 physics.flu-dyn
Effective slip boundary conditions for arbitrary one-dimensional surfaces
在许多应用中，构造有效的滑移边界条件是有利的，它可以充分表征图案表面上的流动。在这里，我们专注于层流剪切流光滑各向异性表面上的任意标量滑移$b(y)$，只在一个方向上变化。我们推导出的有效滑移长度张量的特征值的一般表达式，并表明，横向分量是等于一半的纵向一个较大的本地滑移，$2b(y)$。这个关系的一个显著的推论是，一旦从已知的空间非均匀标量滑移中找到有效滑移张量的纵向分量，就可以很容易地确定沿一维表面任何方向的流动。
2013-01-09 physics.flu-dyn
A theory for the slip and drag of superhydrophobic surfaces with surfactant
超疏水表面（SHS）具有降低固体边界阻力的潜力。然而，多项独立研究最近表明，少量的表面活性剂，自然存在于环境中，可以诱导马兰戈尼力，增加阻力，至少在层流状态。为了获得准确的阻力预测，必须求解质量、动量、本体表面活性剂和界面表面活性剂守恒方程。这需要昂贵的模拟，从而阻止表面活性剂被广泛认为是SHS研究。为了解决这个问题，我们提出了一个稳定的理论，压力驱动，层流，二维流在一个周期性的SHS通道可溶性表面活性剂。我们线性化流动和表面活性剂之间的耦合，在小浓度的假设下，找到一个缩放预测的局部滑移长度。为了获得减阻和界面剪切，我们找到了一个级数解的速度场假设斯托克斯流在体和均匀的界面剪切。我们发现如何滑移和阻力取决于九个无量纲组，共同表征表面活性剂运输附近的SHS，气体分数和归一化的界面长度。我们的模型与数值模拟在每个无量纲组跨越数量级。模拟还提供了标度理论中的常数。我们的模型显着提高了预测相对于一个表面的自由，否则可以高估滑动和低估阻力的几个数量级。我们的滑移长度模型可以在其他模拟中提供边界条件，从而无需解决整个问题即可考虑表面活性剂的影响。
2019-10-16 physics.flu-dyn
A comparative study of immersed boundary method and interpolated bounce-back scheme for no-slip boundary treatment in the lattice Boltzmann method: Part I, laminar flows
插值反弹格式和浸入边界法是格子玻尔兹曼方法中处理曲面无滑移边界的两种常用算法。虽然这些算法经常在涉及复杂几何形状的数值模拟中实现，例如颗粒负载流，但它们的性能很少在相同的上下文中对相同的局部量进行系统地比较。本文通过对四个二维和三维层流问题的理论分析和数值模拟，对几种常用和最先进的插值反弹格式和浸入边界方法进行了系统的比较研究。我们的分析表明，浸入边界法（IBM）通常会产生一阶精度时，正则化的δ函数插值速度从欧拉拉格朗日网格，并产生的边界力回到欧拉网格。这一顺序的准确性IBM观察到的本地速度和水动力/扭矩，显然不同于二阶精度有时声称在文献中。浸入边界法的另一个严重问题是扩散的流体-固体界面内的局部应力往往被显著低估。另一方面，内插反弹一般具有二阶精度的速度，水动力/扭矩，和局部应力场。内插反弹方案的主要缺点是当固体物体移动穿过网格线时，其计算的水动力/扭矩的波动水平较高。一般的指导方针也提供了必要的网格分辨率在这两种方法，以准确地模拟流过固体颗粒。
2019-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A model for slip and drag in turbulent flows over superhydrophobic surfaces with surfactant
超疏水表面可以降低湍流中的摩擦阻力。在层流状态下，已经表明痕量的表面活性剂可以抵消这种阻力降低，有时使这些表面不比固体壁好（Peaudecerf等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114（28），7254-9，2017）。然而，表面活性剂对SHS减阻性能的影响尚未在湍流条件下进行研究，根据当今的标准，预测表面活性剂在直接数值模拟中的影响仍然很昂贵。我们提出了一个湍流模型，包括表面活性剂，在通道或边界层配置，在长但有限长度的流向脊是周期性的展向方向，周期$P$和气体分数$φ$。我们采用了一种基于移位对数定律的技术来获得减阻的表达式。平均流向和展向滑移长度是通过在粘性子层内引入局部层流模型而得到的，由此通过修改平均流向和展向滑移长度来模拟表面活性剂的作用。我们的模型同意从文献中获得的实验室实验数据时，条件是干净的（无表面活性剂），或当有低的表面活性剂水平。然而，我们发现一个明显的阻力增加较大的背景表面活性剂浓度的特点，湍流在SHS海洋应用。
2023-02-03 physics.flu-dyn
Oscillatory laminar shear flow over a compliant viscoelastic layer on a rigid base
本文对刚性基底上柔性粘弹性层上的振荡层流剪切流动进行了分析研究。该问题涉及粘弹性血管中的振荡血流。然而，这项研究的更深层次的动机是顺应性涂层用于湍流减阻的可能性。提出了流体和固体速度的解析解，并给出了五个无量纲参数。流体和固体之间的相互作用似乎是由一个单一的组合无量纲参数，我们称之为剪切相互作用参数$χ$。流体满足无滑移边界条件时，$\left|χ\right| \rightarrow 0$，这发生在固体重，硬和/或薄。相反，当对应于轻质和/或软固体的$\left|χ\right| \rightarrow \infty$时，流体服从自由滑动边界条件。三种类型的共振模式被确定为弹性固体。两种模式（奇数和偶数）是固体特有的。第三种模式是由与流体的耦合引起的。对于粘弹性固体，这三种模式不太明显，甚至不存在。这些发现有双重用途。首先，它们有助于理解剪切耦合重要时的流体和固体动力学。其次，所提出的解析解是非常有用的数值流固耦合求解器的验证。未来的工作可能包括将理论扩展到多个粘弹性层和法向应力的动态耦合。
2017-05-12 physics.flu-dyn
Quantifying effective slip length over micropatterned hydrophobic surfaces
采用微粒子图像测速技术（$μ$ -PIV）研究了疏水微结构通道中的层流微流动，特别是滑移长度。这些微通道由纵向微槽组成，可以捕获空气并促使无剪切边界条件，从而增强滑移。我们的测量结果表明，当微槽的宽度增加时，滑移长度增加。滑移长度的结果小于Philip等人[1]对由交替的无剪切和无滑移边界条件组成的无限大纹理通道的分析预测。较小的滑移长度（与预测相比）可以归因于微通道的限制和弯月面（液-气界面）的弯曲。我们的实验研究表明，弯月面的曲率起着重要的作用，在疏水微脊的微流动。
2009-02-10 physics.flu-dyn
Effective slip boundary conditions for arbitrary periodic surfaces: The surface mobility tensor
在各种应用中，最值得注意的是微流体设计，已经寻求基于滑移的边界条件来表征图案化表面上的流体流动。我们专注于层流剪切流与周期性的高度波动和/或波动的Navier标量滑移特性的表面。我们推导出一个通用公式的“有效滑移”，它描述了等效流体运动的平均表面所描绘的线速度分布，产生远离它。我们表明，通过张量迁移率矩阵的滑移和所施加的应力是线性相关的，然后使用域扰动的方法推导出近似公式的迁移率法直接在表面性质。详细的近似的具体精度，然后利用流动性关系来解决几个问题，如确定最佳的表面形状和随机表面波动对流体滑移的影响。
2010-01-02 physics.flu-dyn
Effect of flame retardants on side-wall quenching of partially premixed laminar flames
对侧壁淬熄的甲烷-空气部分预混层流火焰进行了实验和数值模拟研究。完善的SWQ燃烧器适于允许用从接近火焰的淬熄点的（次级）壁入口发出的附加气态产物对主流进行播种。首先，部分预混的火焰，淬火在壁的特性进行评估，使用平面激光诱导荧光测量的OH自由基，并进行相应的数值模拟与完全解决的运输和化学。在壁处形成富集混合物的边界层，导致平行于壁的反应区，用于从壁入口的高注入速率。随后，在数值研究中，将壁流入物与基于磷的阻燃剂二甲基甲基膦酸酯（DMMP）混合。DMMP添加允许评估在火焰-壁相互作用期间热损失和阻燃剂对火焰结构的综合影响。随着注入混合物中DMMP量的增加，火焰在远离壁面处稳定，并且局部放热速率降低。因此，最大壁热通量显著降低。这导致淬火壁上的热负荷较低。火焰结构分析表明，在没有阻燃剂添加的预混火焰的淬火过程中，类似于CO积累的中间物种HOPO在壁的积累。这项研究表明，部分预混火焰的结构是如何受到墙壁的影响，释放额外的燃料或燃料和阻燃剂的混合物。从规范配置中获得的见解可以导致更好地理解阻燃剂和近壁火焰中的热损失的综合影响。
2022-12-07 physics.flu-dyn
Effective slip over partially filled microcavities and its possible failure
受液体注入表面（LIS）的新兴应用的启发，我们研究了部分填充有油性润滑剂的二维微腔的横向流动的减阻和鲁棒性。使用单独的模拟在不同的尺度下，在流体-固体相交的特征接触线速度首先提取纳米尺度相场模拟，然后应用到微米尺度的两相流，从而引入多尺度数值框架来模拟界面位移和变形内的空腔。当我们探索润滑剂与外部流体的粘度比$\tildeμ_2/\tildeμ_1$、毛细管数Ca、静态接触角$θ_s$和空腔的填充分数$δ$的各种影响时，我们发现有效滑移对参数$δ$最敏感。$\tildeμ_2/\tildeμ_1$和$θ_s$的作用通常相互交织，但如果使用$δ< 1$，则作用减弱。此外，对于初始填充分数$δ=0.94$，我们的研究结果表明，有效滑移几乎是独立的毛细管数，当它是小的。进一步增加Ca至约$0.01 \tildeμ_1/\tildeμ_2$，我们确定了一种可能的失效模式，与$\tildeμ_2/\tildeμ_1 \lesssim 0.1$从LIS中排出的润滑剂相关。另一方面，非常粘稠的润滑剂（\eg $\tildeμ_2/\tildeμ_1 >1$）由于其通常较大的接触线速度而不受这种失效的影响。
2018-05-07 physics.flu-dyn
Swirl flow in microchannels: patterned slip walls enhance heat transport
Instituto de Ciencias（科学学院）；Universidad Nacional de General Sarmiento（圣马丁国立大学）；Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas（国家科学研究委员会）；Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IET-2)（埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
通过图案化滑移壁诱导旋流，提升微通道热传递效率，无需额外能量输入。
2026-03-10 physics.flu-dyn
Nonlocality of the slip length operator for scalar and momentum transport in turbulent flow over superhydrophobic surfaces
本研究针对超疏水表面湍流的标量与动量输运，采用宏观强迫方法对比两种边界条件，发现有限尺寸纹理下均匀化滑移长度存在显著非局域性，并验证了其对雷诺平均解的重要影响。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Prediction of resistance induced by surface complexity in lubricating layers: Application to super-hydrophobic surfaces
超疏水（SH）涂层广泛用于在各种应用中减轻阻力。许多研究表明，这些材料产生的有益的壁滑移效应消失在层流制度。被认为是背后的性能下降的主要机制是马兰戈尼引起的应力和空气/液体界面变形。在本研究中，提出了一种新的机制来解释SH表面的性能损失在层流制度。在这里，我们考虑的气流内的胸甲和相关的动量损失引起的粗糙元素具有不同的几何特征。胸甲内的空气运动的影响耦合到外部流体的均匀边界条件的方法。为此，在粗糙度元素的规模进行了数值模拟作为一个功能的孔隙度和弯曲度的域，以确定在空气-液体界面处的滑移速度。然后在外流的理论模型中实现均匀化边界条件，以计算低$Re$数时SH球上的阻力。层流SH落球实验表明，当考虑减阻时，高的弯曲度值和低的孔隙率值导致性能损失。正如预期的那样，具有低弯曲度和相似孔隙率的3D打印球体表现出接近最佳的阻力降低。预测值和实验之间的比较研究表明，均匀化模型是能够准确地预测SH表面上的阻力的值的孔隙度和曲折度估计从显微镜图像的SH纹理表面。
2022-03-22 physics.flu-dyn
Charge-dependent slip flow of ionic liquids through the non-uniform microfluidic device: pressure drop and electroviscous effects
本文研究了对称（1：1）电解质液体通过均匀带电狭缝收缩-膨胀（4：1：4）微流控装置的稳态压力驱动层流中存在电荷相关滑移时的电粘滞效应。数学模型包括泊松，能斯特-普朗克，纳维尔-斯托克斯，和电流连续性方程数值求解使用有限元法（FEM）。流场（电势，电荷，感应电场强度，压降和电粘性校正因子）已获得，并提出了广泛的参数，如反德拜长度（K=2-20），表面电荷密度（S=4-16）和滑移长度（$0\le B_0\le 0.20$）在固定施密特数（Sc=1000）和低雷诺数（Re=0.01）。流场表现出复杂的依赖于控制参数。与无滑移条件相比，电荷依赖滑移进一步增强了依赖性的复杂性。相对于无滑移流动，在条件范围内，总电势（$|ΔU|$）最大增加78.68%，并且压降（$|ΔP|$）最大减小63.42%。在无滑移（$B_0=0$）条件下，电粘性修正因子（$Y=$表观粘度与物理粘度之比）增加了33.58%。它（$Y$）最大增加72.10%，为电荷相关的滑移比在无滑移流的条件下考虑的范围。基于均匀截面上的Poiffille流动和薄孔板的压力损失，建立了一个简单的电粘性流动压降的分析模型。该模型从数值上高估了2 - 4%的压降。最后，预测关系，描绘的功能依赖于控制参数的数值结果，为他们的实际使用中的微流控器件的设计和工程。
2022-06-05 physics.flu-dyn
Is No-Slip Necessary for Vorticity Generation and Shedding over a Circular Cylinder?
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
该研究通过模拟Re=170的圆柱绕流，发现无滑移条件并非涡量产生或周期性涡脱的必要条件，但对积分流量和涡脱动力学的精确定量预测仍有必要。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Optimising branched fluidic networks: A unifying approach including laminar and turbulent flows, rough walls, and non-Newtonian fluids
针对分支流体网络功率优化缺乏统一方法、实际参数中间态难优化的问题，提出基于达西摩擦因子的统一优化方法，覆盖多流态、非牛顿流体、粗糙壁面等场景，修正了湍流参数x的认知，可扩展到更多构型。
2025-01-15 physics.flu-dyn
Flow dynamics in a wavy channel filled with anisotropic porous material under the effect of wall slip
University of Calcutta（加尔各答大学）；Adani University（阿达尼大学）；Indian Institute of Technology Jodhpur（焦特普尔印度理工学院）
采用Darcy-Brinkman模型和Navier滑移条件，通过摄动法解析研究了壁面滑移、各向异性比和孔隙率参数对波形通道内二维粘性层流的影响，发现壁面滑移能显著减少回流、增强近壁速度并控制流动分离。
2026-06-29 physics.flu-dyn
Effects of Navier Slip on Film Condensation Heat Transfer over Upward Facing Horizontal Flat Surfaces with Free Edges
在微通道和工程超疏水表面的相变传热中产生的冷凝液的传输现象需要考虑滑移效应。本文研究了存在壁面滑移效应时，有限尺寸的平板和圆盘上的层流膜状凝结。通过考虑Navier滑移模型和扩展经典的Nusselt分析，在二维和轴对称坐标系中的液膜的质量，动量和能量求解膜厚度和无量纲形式的传热率。数值解产生的冷凝膜的轮廓和努塞尔数的不同值的滑移系数的局部结构。结果表明，随着滑移系数的增大，水平表面上的凝结液膜变薄，总传热量增大。特别是，回归分析的结果表明幂律依赖的努塞尔数的无量纲滑移系数的指数接近0.5。相变传热的显着增强遵循从修改的局部速度分布内的冷凝液膜，特别是在导致的额外的动量增益附近的壁面由于增加滑移效应。
2021-03-20 physics.app-ph physics.flu-dyn
Modeling the combined effect of surface roughness and shear rate on slip flow of simple fluids
采用分子动力学和连续介质模拟方法研究了剪切速率和表面粗糙度对牛顿流体滑移流动的影响。对于弱的壁面-流体相互作用能，通过分子动力学模拟计算了原子平面流动中内禀滑移长度与剪切率的非线性关系。我们描述的层流远离弯曲边界的有效滑移长度定义相对于表面粗糙度的平均高度。有效滑移长度的大小和其速率依赖性的斜率都显着降低在存在周期性表面粗糙度。然后，我们数值求解的纳维-斯托克斯方程的粗糙表面上的流动使用率相关的固有滑移长度作为局部边界条件。连续模拟再现了在低剪切速率下从MD模拟获得的有效滑移长度的行为。在高剪切速率下MD和连续体结果之间的轻微差异通过检查沿波状表面的局部速度分布和压力分布来解释。我们发现，在弯曲边界面对主流的区域，由于压力的增加，局部滑移被抑制。比较分析的结果可能会导致一个有效的算法建模率相关的粗糙表面上的滑移流的发展。
2009-08-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Slip Length in Shear Flow Over a Textured Surface
本文通过二维数值模拟研究带空腔纹理表面上的剪切流，比较三种滑移长度计算方法的结果差异，揭示宏观滑移本质上是局部效应的宏观表征，并结合速度剖面和流线解释差异成因。
2024-08-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Odd-viscosity induced surfactant-laden shear-imposed viscous film over a slippery incline
本研究针对含不溶性表面活性剂的光滑斜面降膜，建立Orr-Sommerfeld边值问题并数值求解，分析odd黏度、剪切、滑移等因素对Yih模、Marangoni模及剪切模稳定性的影响规律。
2023-05-04 physics.flu-dyn
On Capturing Laminar/Turbulent Regions Over a Wing Using WMLES
NASA LaRC（美国国家航空航天局兰利研究中心）；Analytical Mechanics Associates（分析力学协会）
本文通过WMLES研究机翼上层流与湍流区域的捕捉，采用不同网格分辨率方法，发现细化近壁网格可提高层流区域的精度，但影响湍流区域的解析。
2026-02-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A comparative study of immersed boundary method and interpolated bounce-back scheme for no-slip boundary treatment in the lattice Boltzmann method: Part II, turbulent flows
在本研究的第一部分中，我们比较了两类无滑移边界处理的性能，即，在一系列的层流模拟中的格子玻尔兹曼方法内插反弹格式和浸没边界方法。在这第二部分中，这些边界处理在具有复杂几何形状的湍流的模拟中被进一步比较，以提供对这些方案的下一级评估。两个非平凡的湍流问题，充分发展的湍流管流在低雷诺数，和衰减的均匀各向同性湍流充满了大量的解决球形颗粒。本研究揭示的浸入边界法的主要问题是它无法计算扩散界面内的局部速度梯度，这可能会导致显着低估耗散率和粘性扩散局部附近的颗粒表面。另外，这两类无滑移边界处理能够提供准确的结果，为大多数的湍流统计在载体和分散相，提供足够的网格分辨率被使用。
2019-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A semi-analytical method to estimate the slip length of spreading cap-shaped droplets using Cox theory
关于动态铺展的Cox-Voinov定律将表观接触角（θ）和平衡接触角的立方值之间的差与瞬时接触线速度（U）联系起来。将铺展结果与该定律进行比较需要在整个过程中的θ和U的准确数据。我们考虑的情况下，引力可以忽略不计，并转换一般的考克斯定律的时间演化的传播半径的关系。对于帽形液滴，这使得能够将实验或计算结果与Cox理论进行比较，而不需要θ和U的瞬时数据。Cox理论对测量或计算的基半径随时间变化曲线的拟合允许估计有效滑动长度。这对于在动接触线的数值方法中建立滑移长度与参数之间的关系是有用的。数值模拟部分润湿液滴采用耦合水平集流体体积和相场方法的过程说明。
2016-06-03 physics.flu-dyn
Local slip length and surfactant effects on liquid-infused surfaces
Royal Institute of Technology (KTH)（皇家理工学院（KTH））
本研究通过实验和模拟发现，表面活性剂可使液体浸润表面的滑移长度减小，表明界面在流动和表面活性剂存在时可能被固定。
2025-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unsteady evolution of slip and drag in surfactant-contaminated superhydrophobic channels
本文建立超疏水通道内可溶性表面活性剂的非定常输运模型，结合长波与均匀化理论推导非线性通量波动方程，揭示其导致气膜刚性化、波陡化及滑移减阻时空变化的机制。
2024-02-22 physics.flu-dyn
Mixing and Combustion in a Laminar Shear Layer with Imposed Counterflow
三维层流结构与混合，化学反应，正应变，剪切应变定性代表湍流燃烧在小尺度上进行了分析。混合层在横向y和z方向上经受逆流。非反应性和反应性流量进行检查。减少三维边界层方程的一维类似的形式得到允许的热量和质量扩散的密度和属性的变化。在定常构型中，一组常微分方程控制三个速度分量以及标量场变量。建立了考虑剪切应变和法向应变的单个扩散火焰的小火焰模型。另一个模型的解决方案在类似的形式得到的配置与一个占主导地位的扩散火焰和一个较弱的富燃料预混火焰。速度和标量场的结果被发现的范围Damkohler数Da，正常的应变率由于逆流，流向速度比混合层，普朗特数，和马赫数。对于火焰面模型，一个保守的标量被铸造作为独立的变量，给出一个替代的描述结果。施加的正应变减小混合层厚度，并增加标量梯度和输运率。有迹象表明，在多分支火焰的情况下，部分预混火焰的扩散控制。通过在剪切层上施加法向应变可以显著地提高混合和燃烧速率。此外，施加的剪切应变，从而对逆流涡量可以是实质性的，表明需要的小火焰模型与剪切应变和法向应变。
2020-05-27 physics.flu-dyn
Combined active-passive heat transfer enhancement for a partial superhydrophobic oscillating cylinder
利用OpenFOAM库对静止和横向振动的局部超疏水圆柱表面的对流换热进行了数值模拟。圆柱表面的超疏水性已解决的部分滑移边界条件的装置。将滑移条件应用于静止圆柱表面，可使阻力系数和均方根升力系数分别减小46%和75%。它还使平均努塞尔数增加55%，同时自然脱落频率增加21%。对部分超疏水圆柱进行了研究，分析了滑移对圆柱表面不同截面的影响。考虑到力系数的减少，它表明，在表面的135段的应用程序的滑移是一个最佳的情况下，导致在一个47%和85%的阻力和均方根升力系数，分别减少。然而，完全超疏水圆柱体提供更高的传热速率。对于横向振荡圆柱，超疏水性扩展了主同步区域，并且与无滑移情况相比也表现出不同的尾流动力学行为。在表面上的滑动也导致平均努塞尔数变得比在锁定条件下的无滑动振荡缸大近6倍。基于热性能指数（TPI）的进一步分析证明，对于超疏水圆柱体，可以达到TPI = 6的高值。
2022-03-04 physics.flu-dyn
Wall-bounded flow over a realistically rough superhydrophobic surface
直接数值模拟（DNS）进行了两个有壁的流动配置：层流库埃特流在$Re=740$和湍流通道流在$Re_τ=180$，其中$τ$是在壁的剪切应力。顶壁是光滑的，底壁是由三维表面轮廓测量生成的真实粗糙的超疏水表面（SHS）。空气-水界面，这是假设是平坦的，使用体积的流体（VOF）的方法进行了模拟。研究了层流Couette流动与不同的界面高度$h$，以了解滑移和减阻（$DR$）的效果。在垂直于壁的方向上，表面粗糙度的存在被感觉到高达通道高度的$40\%$。在三个不同的区域观察到$DR$对$h$的非线性依赖性。DNS结果用于获得作为$h$的函数的气体分数$ϕ_g$的非线性曲线拟合，其中$ϕ_g$确定暴露于流的滑移面积的量。幂律线性回归拟合用于获得作为$ϕ_g$的函数的$b_{eff}$。对于湍流槽道流，流场的统计数据进行比较，以了解粗糙度和$h$的影响。两个界面高度，$h=h_{rms}$和$h=h_{max}$模拟研究其对流动的行为，其中$h_{rms}$和$h_{max}$分别是均方根和最大峰值的粗糙度高度的影响。结果表明，在空腔中存在的被困空气显着改变近壁流动物理。完全润湿粗糙度增加湍流强度的峰值，而界面的存在抑制它们。总的来说，界面和微凸体之间存在竞争效应，界面抑制湍流，而微凸体增强湍流。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Liquid Flow through Defective Layered Membranes: A Phenomenological Description
我们提出了一个现实的现象学描述的液体传输通过有缺陷的，分层膜。我们推导出一般表达式的基础上，传统的层流模型和扩展的形式主义，以适应滑移流。我们考虑不同类型的缺陷，包括层内空位，通过膜提供无激活的曲折路径。在影响流动的许多因素中，最重要的是层内空位缺陷的半径，其在通量密度的表达式中以四次方进入。我们应用我们的形式主义，通过有缺陷的多层氧化石墨烯膜的水传输，并发现，流量保持在层流制度。我们的研究结果表明，在这个系统中观察到的高水渗透率可以定量地解释了一个足够的层内孔隙的密度，缩短了有效的扩散路径。
2020-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Gravity-driven viscous flow over partially lubricated bed
本文通过解析模型、标度论证和数值实验，研究了部分润滑基底上黏性流体的流动，揭示了扰动应力与速度随系统参数的标度关系，并可用于评估冰盖湖泊排水级联的触发条件。
2025-10-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Brownian motion near a partial-slip boundary: A local probe of the no-slip condition
出于实验证据的违反无滑移边界条件的液体流动在微米级的几何形状，我们提出了一个简单的，互补的实验技术，具有一定的优势，比以前的研究。而不是依赖于外部引起的流动或探头运动，我们建议，胶体扩散固体表面附近包含签名的流体滑移的程度表现在这些表面上。为了调查，我们计算的图像系统的点力（Stokeslet）垂直和平行于一个表面具有有限的滑动长度，类似于布莱克的解决方案附近的Stokeslet无滑动壁。值得注意的是，点源和垂直Stokeslet的图像系统包含与Blake解决方案相同的奇点;然而，每个奇点都沿着一条线分布，其幅度在滑移长度上呈指数衰减。平行Stokeslet的图像系统涉及一组更大的基本奇点，其幅度不从表面指数衰减。使用这些图像系统，我们确定了墙引起的修正位于“远离”墙的一个小的球形粒子的扩散率。我们还计算了多个粒子之间的耦合扩散系数附近的部分滑动壁。因为，在一般情况下，扩散率取决于“局部”壁条件，图案化的表面将允许差分测量，以获得在一个单一的实验细胞，消除潜在的细胞到细胞的变化，在以前的实验中遇到的。除了激励拟议的实验，我们的解决方案的点力和源附近的部分滑移壁将是有用的滑移系统的边界积分计算。
2005-06-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Linear stability analysis of hypersonic boundary layers computed by a kinetic approach: A semi-infinite flat plate at Mach 4.5 and 9
线性稳定性分析使用二维直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法的组合计算的基本状态和解决有关的特征值问题，适用于典型的边界层上的半无限平板。监测三种不同的气体，即氮气、氩气和空气，后者是79%氮气和21%氧气的混合物，其自由流马赫数范围对应于55公里高度的飞行。一个神经网络已被用来预测和平滑的原始DSMC数据，获得的稳定层流剖面与（自相似）边界层理论计算的那些非常好的协议，等温或绝热壁条件下，受到适当的滑移修正DSMC方法计算。将与未平滑DSMC剖面相关的主要本征模式结果与经典边界层理论的结果进行比较。小定量，但没有显着的定性差异的两类稳定基流的结果已被发现在所有参数检查。在所有条件下，主导本征模的频率实际上是相同的，而当在基本流剖面中施加正确的速度滑移和温度跃变边界条件时，发现对应于DSMC剖面的扰动比在所研究条件下边界层中出现的扰动系统地阻尼更大;与此相反，当使用经典的无滑移边界条件时，得到的阻尼较小/更不稳定的剖面，这将导致流动提前转捩。另一方面，由神经网络平滑的DSMC配置文件比其未平滑的同行稍微更稳定。
2021-04-26 physics.flu-dyn
Effect of turbulence on collisions of dust particles with planetesimals in protoplanetary disks
气态原行星盘中的星子可能通过收集尘埃颗粒而生长。流体动力学研究表明，小颗粒通常会避免与微行星碰撞，因为它们被周围的气流夹带。这发生在$St$，斯托克斯数，定义为尘埃停止时间与微行星穿越时间的比值，变得比1小得多。然而，这些研究仅限于层流的情况下，而这些磁盘被认为是湍流。我们想估计气体湍流对尘埃-微行星碰撞速率和碰撞速度的影响。我们使用了三维直接数值模拟的一个固定的球体（微行星）面临的层流和湍流播种与小惯性粒子（灰尘）受到斯托克斯阻力。通过罚函数法建立了微行星表面的无滑移边界条件。我们发现，湍流可以显着增加尘埃粒子与星子的碰撞率。对于高湍流情况（当湍流波动的幅度与逆风速度相似时），我们发现碰撞概率保持等于$St\geq 0.1$的几何速率或甚至更高，即，对于比层流情况下小一个数量级的粉尘尺寸。我们推导出表达式来计算影响的概率作为一个功能的尘埃和微行星的大小和湍流强度。
2016-02-09 astro-ph.EP physics.flu-dyn
On multiple stable states in Taylor-Couette flow with realistic end-wall boundary conditions
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
本研究通过DNS和理论分析揭示了真实端壁边界条件下泰勒-库埃特流中多重稳定状态的形成机制及动态特性。
2026-02-13 physics.flu-dyn
Floquet stability of oscillating boundary layers on adiabatic slopes
在一个静止的、稳定分层的Boussinesq流中，存在一个无滑移的、不可渗透的、绝热的、倾斜的边界，在扩散的边界层中产生斜压涡度。这种条件是典型的振荡边界层绝热深海斜坡，倾斜湖泊水深，倾斜海岸水深的情况下，高波数内波，平均流，远场湍流在较大的规模，和共振潮汐测深相互作用。我们调查的线性稳定性的振荡流的无量纲参数空间内典型的$M_2$潮汐和水力光滑，中纬度深海斜坡通过Floquet线性稳定性分析。流动动力学取决于三个无量纲变量：斯托克斯第二问题的雷诺数（Re），普朗特数，和频率比，占浮力回复力和潮汐力的共振条件（C，临界）。Floquet分析结果表明，振荡层流边界层绝热深海斜坡越来越不稳定的雷诺数，临界参数，和/或展向扰动波数的增加。我们还指出，二维Floquet线性不稳定必然产生三维斜压涡度，这表明引力不稳定的演化可能是非线性的$t\rightarrow\infty$ .
2021-10-05 physics.flu-dyn
Effects of the finite particle size in turbulent wall-bounded flows of dense suspensions
我们使用界面分辨模拟来研究中性浮力球在湍流通道流中的有限尺寸效应。两种情况下的颗粒尺寸不同的因素2，在相同的固体体积分数为20%和散装雷诺数被认为是。这些补充与两个参考单相流：空载的情况下，和流动的牛顿流体的有效悬浮液粘度相同的混合物在层流制度。正如最近在Costa等人（PRL 117，134501）中强调的那样，颗粒壁层是造成统计数据与连续极限中观察到的统计数据偏差的原因，其中悬浮液被建模为具有有效粘度的牛顿流体。在这里，我们调查的流体和粒子动力学在这一层和散装。在颗粒壁层中，近壁不均匀性在与颗粒尺寸成比例的距离上对悬浮液微结构有影响。在这一层中，颗粒具有显著的（表观）滑移速度，这反映在壁面剪应力的分布中。其特点是极端事件（比平均值高得多和低得多）。基于这些观察结果，我们提供了一个缩放的颗粒到流体的表观滑移速度作为流动参数的函数。我们还扩展到二阶欧拉统计的均匀悬浮区域远离壁的流动标度律。通道中的大部分尺寸效应对于较大的颗粒变得重要，而对于低阶统计和较小的颗粒则可以忽略不计。最后，我们研究了沿壁面法线方向的粒子动力学。我们的研究结果表明，1点色散主要由粒子湍流（而不是粒子粒子）的相互作用，而在2点色散和碰撞动力学的差异是一致的剪切驱动的相互作用的图片。
2018-02-07 physics.flu-dyn
Langmuir-type vortices in boundary layers driven by a criss-cross wavy wall topography
我们调查的机制来操纵壁有界的流动，从而波状起伏的壁地形驱动器创建定制的纵向涡。未扰动剪切流的环境涡量与壁面地形所产生的流线波动之间的共振相互作用，使平均流的展向涡量略微旋转到流向，从而以规则的流向滚动的形式产生涡旋运动。该过程是运动学的，基本上与Craik（1970年）提出的朗缪尔环流（LC）的“直接驱动”CL 1机制相同。边界层通过选择合适的主流剖面进行建模。一个简单的，易于集成的表达的跨平面流函数被发现在两个渐近制度：在早期的基本上无粘不稳定的共振发病，和充分发展的稳态粘性流。线性顺序的解决方案，获得流动起伏的边界，充分分析的特殊情况下，幂律剖面。这些解决方案使我们能够快速绘制出边界设计参数的循环响应。该研究补充了直接的数值模拟，验证了无滑移边界的层流中边界诱导朗缪尔涡的表现形式。仿真结果表明，良好的定性与理论一致。定量地说，比较依赖于在扰动理论中采用的位移长度闭合参数。虽然壁驱动LC似乎变得不稳定的湍流，我们建议，该机制可以促进在边界层，已被报道，以减少阻力在某些情况下的流动特征的漩涡运动。
2020-05-01 physics.flu-dyn
Boundary conditions and polymeric drag reduction for the Navier-Stokes equations
减小管槽湍流的壁面阻力是一个具有重要实际意义的问题。在工程应用中，末端官能化的聚合物链通常用作减阻剂。这些是漂浮在溶剂中的聚合物，并且在其链端之一处附着（通过吸附或通过不可逆的化学结合）到基底（壁）。我们提出了一个PDE模型来研究这种设置在简单的设置，其中溶剂是一个粘性不可压缩的Navier-Stokes流体占据了大部分的光滑域$Ω\subset \mathbb{R}^d$，和壁接枝聚合物是在所谓的蘑菇制度（典型的聚合物长度的顺序上的聚合物间的间距）。聚合物的微观描述通过流体的壁切向应力上的动态边界条件进入流体运动的宏观描述，这类似于（但不同于）依赖于历史的滑移长度。我们建立了二维空间中强解的整体适定性，并证明了强Euler解的无粘极限以速率成立。壁面摩擦系数$\langle f\rangle$和总能量耗散$\langle \varepsilon\rangle$与雷诺数$Re$成反比。该比例对应于层流摩擦系数$\langle f\rangle \sim1/ Re$的Poiffille定律，从而量化了我们设置中的减阻。这些结果与没有聚合物添加剂的物理边界的结果形成鲜明对比，无滑动条件，其中即使在二维中也没有这样的结果是通常已知的。
2021-06-04 math-ph math.AP math.MP
Numerical investigation of the boundary layer stability on a section of a rotating wind turbine blade
本文利用直接数值模拟和线性稳定性理论，研究了不同攻角下旋转风力涡轮机叶片的边界层稳定性，发现旋转效应通过改变压力梯度和流速影响TS/KH及横流不稳定性，从而延缓或加速转捩并稳定绝对不稳定性。
2023-07-31 physics.flu-dyn
General model for shear stress and surface pressure distributions for flow over spheres
University of Minnesota（明尼苏达大学）
该研究提出一个基于物理的通用模型，预测球体层流中的剪切应力和表面压力分布，涵盖连续介质与稀薄状态，并验证其广泛适用性。
2026-09-25 physics.flu-dyn
Lamb dilatation and its hydrodynamic viscous flux in near-wall incompressible flows
本文提出壁法向 Lamb 膨胀通量 WNLDF，推导其边界关系与四个表面量源项，并以槽道湍流揭示其与近壁结构及 SWNVE 的关联。
2022-07-13 physics.flu-dyn
Boundary Condition Induced Passive Chaotic Mixing in Straight Microchannels
该研究提出在直微通道底部设置非对称疏水滑移边界，以拉伸折叠与混沌平流强化低雷诺数被动混合，并显著缩短混合长度。
2021-11-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Effect of turbulent fluctuations on the drag and lift forces on a towed sphere and its boundary layer
采用高分辨率直接数值模拟方法研究了湍流脉动对流体作用于拖曳球形颗粒的力的影响。测量进行了使用一种新的计划，以整合的颗粒和不可压缩的周围流体流动保持在高雷诺数湍流制度之间的双向耦合。其主要思想是将流体的傅立叶伪谱方法与浸入边界技术相结合，在颗粒表面施加无滑移边界条件。基准测试的代码显示出良好的协议与其他团体的实验和数值测量。本文还报道了球下游湍流尾流的研究。的平均速度赤字表现为从粒子的距离的倒数，从经典的相似性分析预测。这一法律是重新解释的“永久性的大涡”的原则，涉及红外渐近自相似性的均匀湍流的能量衰减规律。开发的方法，然后用来攻击的上游流，是在一个发达的湍流制度的问题。结果表明，平均阻力的增加作为湍流强度和颗粒雷诺数的函数。这种增加明显大于基于层流上游流的标准阻力相关性所预测的。结果表明，相关参数是粘性边界层厚度与环境湍流耗散尺度的比值。小尺度湍流脉动改变了球体周围的平均速度和压力分布，从而增强了阻力。
2013-01-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
