Investigating Wake Structures in Flow Past Oscillating Cylinder Using Proper Orthogonal Decomposition
本文研究了振荡圆柱绕流的非定常尾迹动力学。对正弦振动圆柱绕流进行了二维数值模拟研究。操作参数，如雷诺数，强迫频率，振幅和波长系统地变化，并研究其对尾流动力学的影响。绘制了升力和阻力系数随圆柱位置的变化曲线，以表征流动。此外，流场的研究使用本征正交分解（POD）。得到了时间分辨的涡度等值线。然后使用POD算法处理这些结果。POD模式的形状和功率谱密度（PSD）图获得每种情况下。尾流动力学分析使用POD结果。圆柱振荡的流动响应的特征在于POD模式的形状和PSD图中的主频峰。据观察，流是太耗散在较低的雷诺数值。此外，频率比的影响，观察在实现同步涡脱落。高振幅和大波长的制度，仍然在以前的研究中没有探索。
2022-01-24 physics.flu-dyn
Phase-locking of laminar wake to periodic vibrations of a circular cylinder
利用相位缩减分析方法研究了二维圆柱绕流后涡脱落与其振动之间的相位同步性。利用这种方法，使一个一维的，线性模型的发展相对于层流尾流的极限环吸引子，它准确地描述了相动力学的高维，非线性流体流动及其响应的旋转，横向和纵向振动的气缸。这种基于相位的模型是通过评估相位响应和敏感性的唤醒动态脉冲扰动的气缸，这可以在模拟和实验中进行。由此产生的模型反过来产生的理论条件之间的相位锁定的圆柱体振动和尾流。我们还表明，这种同步机制可以用来稳定的唤醒，随后减少阻力。我们还揭示了不同的振动运动的同时发生的情况下，可以用来促进或阻碍同步。这些研究结果为涡激体振荡的研究、提高飞行器的气动性能、通过使体振荡运动与周期性尾流同步或去同步来减缓结构振动等提供了有价值的见解。
2020-11-19 physics.flu-dyn
Collective Behavior of Clusters of Free-to-Move Cylinders in the Wake of a Fixed Cylinder
本文研究了固定圆柱尾流中可自由移动圆柱簇的集体行为，发现无论初始配置如何，圆柱最终趋向形成线性稳态排列，此时升力均值可忽略且总阻力降低，复杂尾流被涡流行取代，质量比降低仅影响振荡不影响最终位置。
2024-11-17 physics.flu-dyn
Unsteady separation and oscillations in a compressible wake of a cylinder
本文重新分析高超声速圆柱近尾流振荡实验，指出其受临界雷诺数控制，并提出基于总尾流动量厚度的St_θ作为跨球体、锥体和圆柱的通用相似参数。
2024-08-06 physics.flu-dyn
The influence of freestream turbulence on the near-field growth of a turbulent cylinder wake: turbulent entrainment and wake meandering
利用粒子图像测速（PIV）技术研究了自由湍流对圆柱近尾迹扩展的影响。不同的“风味”的自由湍流，其中湍流强度和积分长度尺度是独立变化的，受到圆柱。近尾流的时间平均扩展通过卷吸和瞬时尾流空间范围的包络线解耦为增长，这是由于尾流"蜿蜒“，由大尺度相干结构（即冯卡门涡街）的存在引起的。与Kankanwadi和Buxton（2020）研究的湍流尾流远场不同，与非湍流背景相比，自由湍流增强了尾流的卷吸率。在这方面，湍流强度和背景湍流的积分长度尺度都很重要，而远尾流中只有湍流强度很重要。此外，尾流的弯曲是增强的背景湍流的存在下，在这里的积分长度尺度是占主导地位的参数。结合这些研究结果产生的经常报告的结果，背景湍流增强的时间平均近尾增长率。尾流蜿蜒的影响是孤立的进行类似的实验中，分离板安装到后面的气缸，从而消除冯卡门涡列。这些结果表明，当湍流尾流中不存在大尺度涡流时，相对于非湍流背景，自由湍流实际上会抑制卷吸率，其结果与Kankanwadi和Buxton（2020）的结果相同。因此，我们假设，自由湍流的效果，以提高大规模的卷吸通过吞没，但抑制卷吸通过小规模的蚕食。
2023-01-24 physics.flu-dyn
Model-Based Estimation of Vortex Shedding in Unsteady Cylinder Wakes
本文考虑在$Re=100$的模拟和在$Re=1036$的实验中，在圆柱尾迹中的旋涡脱落的单传感器估计。谐波分解的基础上开发的模型捕捉周期性动态的旋涡脱落。提出了两种基于模型的方法来估计时间分辨流场。首先，线性估计（LE），其实现卡尔曼滤波器来估计流量。第二，线性三角估计（LTE），其利用相同的卡尔曼滤波器以及涡旋脱落频率的谐波之间的非线性关系。LTE表现出良好的性能，并优于LE关于重建的旋涡脱落。从物理上讲，这表明，在所考虑的雷诺数下，圆柱尾流中的高次谐波运动从属于基频。
2019-04-30 physics.flu-dyn
Spatio-temporal spectral analysis of a forced cylinder wake
在$Re=100$进行了圆柱绕流旋转振荡的水动力风洞实验研究。在垂直于圆柱轴线的中平面上，利用二维粒子图像测速技术研究了流动的空间发展及其稳定性。锁定现象，确定强制参数空间的区域之间的边界是唤醒是全局不稳定或对流不稳定的仔细检查使用的实验数据。一种新的方法的基础上的功率密度谱的流的分析，使我们能够给出一个详细的描述的强迫唤醒，脱落光的能量分布在不同的频率分量，特别是在一个级联状的机制证明了高振幅的强迫振荡。此外，从速度场的阻力的计算进行，使我们能够将身体上的合力与尾流属性。
2011-09-27 physics.flu-dyn
Spectral analysis of flow and scalar primitive variables in near and far laminar wake of an elliptic cylinder
通过快速傅里叶变换（FFT）分析了椭圆柱近、远尾迹中流体流动的原始变量和标量场。本文对雷诺数为130时轴比为0.4的椭圆柱后的流动和标量场进行了数值模拟。椭圆柱体的半长轴保持垂直于来流，其中流体流是二维的，并且普朗特数是0.71。通过对圆柱体的连续加热，将标量注入流场。通过长时间的数值模拟表明，二次涡街是一种时间依赖性的现象。在圆柱尾迹中观察到三个可区分的流动和标量区域。这项研究揭示了存在的低频结构，除了主要的脱落结构的线性，过渡和饱和区的时间尾流发展。我们表明，主要频率的频谱源是时间尾流发展的饱和状态，而其物理源是原始变量的结构的周期性排列，抑制其波长的嬗变。另一方面，二次低频嵌入在尾流的过渡发展阶段，其物理来源是过渡过程的混沌行为，有助于结构波长的嬗变。我们的频谱分析还表明，标量主要是由整个尾流的流向速度和压力进行。
2018-07-09 physics.flu-dyn
Phase-synchronization properties of laminar cylinder wake for periodic external forcings
本文利用相约化理论研究了二维周期性绕流圆柱的同步特性。谐波外部强迫的尾流动力学的影响，和可能的同步的圆柱体后面的涡脱落这些强迫，通过评估弱脉冲扰动的系统的相位响应。这些水平和垂直扰动在一段时间内以不同的相位值添加，以便开发相对于极限环的线性一维模型，该模型仅通过单个标量相位变量描述流体流动的高维和非线性动力学。然后利用该模型得到了圆柱尾迹与加在整体近尾迹区的简谐强迫同步的理论条件。有价值的见解是通过比较目前的研究结果对那些呈现的动态模式分解和伴随分析的尾流动力学在早期的作品。本分析揭示了流动中的区域，其使相位同步或去同步到周期性激励的应用，如主动流动控制和流体-结构相互作用。
2020-09-04 physics.flu-dyn
Optimal control of circular cylinder wakes using long control horizons
在基于伴随的最优控制框架下，重新讨论了利用物体旋转抑制圆柱尾迹涡脱落的经典问题。圆柱体的不稳定和完全不受约束的旋转速率在雷诺数为75和200之间进行优化，并且在比以前的研究更长的范围内进行优化，在以前的研究中，它们通常是涡脱落周期或更短的顺序。在最佳配置中，阻力降低了19%，有效地抑制了涡脱落，并且在瞬态后以最小的圆柱旋转保持这种低阻力状态。与开环控制不同，最优控制被示出为保持致动和脱落之间的特定相位关系，以稳定尾流。还比较了不同雷诺数、成本函数和水平长度的优化性能。结果表明，为了有效地稳定旋涡脱落，所使用的长视野是必要的。
2015-08-27 physics.flu-dyn
Strouhal number universality in high-speed cylinder wake flows
实验研究了马赫数6下二维圆柱近尾流流动振荡，发现基于近尾流剪切层长度的Strouhal数具有普适性，且高速流场两对称半区间存在$π$弧度相位差的相干振荡。
2022-06-06 physics.flu-dyn
Influence of three-dimensionality on wake synchronization of oscillatory cylinder
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Naval Postgraduate School（海军研究生院）
本文在 Re=300 下研究三维性对振荡圆柱尾流同步的影响，提出基于系综的相位约化分析框架，发现三维尾流相位敏感函数幅值低于二维情形，导致同步条件更窄，且该差异与圆柱运动引起的三维流动幅值变化密切相关。
2024-11-23 physics.flu-dyn
Locally linear embedding for transient cylinder wakes
研究了圆柱尾流瞬变系综的降阶表示。局部线性嵌入识别一个二维流形，与新的快照数据的最大误差为1%。这种表示优于50维POD扩展从相同的数据，是不可用基于聚类的粗粒化类似的顺序。该流形解决了定常解、稳定性本征模、第一瞬态后POD模、中间涡脱落结构以及高次谐波。快照数据是由雷诺数为100的圆柱后面的二维尾流的直接数值模拟产生的。16个瞬态的初始条件开始于定常解附近，并收敛于周期涡脱落。许多振荡流可以被期望在二维或低维流形上表征，这些流形可以用局部线性嵌入来识别。这些流形具有未开发的预测，估计和控制潜力。
2019-06-18 physics.flu-dyn
Enhancing Thrust in Flapping Airfoils Through Wake Interactions with Oscillating Cylinder
该研究探究振荡圆柱尾流对扑翼翼型推力性能的影响，发现置于该尾流中的翼型推力更高，且翼型斯特劳哈尔数与俯仰振幅直接相关，为优化扑翼翼型效率提供了新思路。
2024-10-31 physics.flu-dyn
From unsteady to quasi-steady dynamics in the streamwise-oscillating cylinder wake
在流向上以远低于脱落频率$f_s$的频率$f_f$振荡的圆柱绕流，与这些频率具有相同数量级或横向振荡构型的情况相比，研究相对较少。本文利用粒子图像测速技术和Koopman模态分解方法研究了强迫频率为$f_f/f_s \sim 0.04-0.2$和平均雷诺数为$Re_0 = 900$的圆柱尾迹的流向振荡。振荡的幅度使得瞬时雷诺数始终保持在旋涡脱落的临界值以上。尾流的表征揭示了一系列与两个频率的相互作用相关的现象，包括强迫对尾流结构的振幅和频率的调制。Koopman分析揭示了Koopman模式的频率扩展。一个标度参数和相关的转换开发的非定常，或强迫，系统的动态的准定常，或非强迫，系统。对于流向振荡的圆柱体，它示出，这种转换导致一个Koopman模式分解类似的非强迫系统。
2020-07-10 physics.flu-dyn
Propulsive transitions and scaling relations of a heaving flexible foil in a cylinder wake
该研究数值模拟圆柱尾流中扑动柔性翼型，识别五种响应模式，发现柔性在部分尾流中通过额外吸力提升性能，并建立力与功率的标度关系，为仿生设计提供指导。
2025-09-11 physics.flu-dyn
Convective instability in inhomogeneous media: impulse response in the subcritical cylinder wake
本文实验研究了低于Bénard-vonKármán不稳定性临界雷诺数时圆柱尾迹的脉冲响应。在这个亚临界区，存在一个局部不均匀的对流不稳定区域，导致初始扰动被瞬时放大。这项工作的目的是量化的演变导致这种对流不稳定，使用二维粒子图像测速在流体动力学隧道实验。速度场使我们能够描述的演变波包的两个控制参数：雷诺数和施加的扰动的大小。能量的时间演化表现出短暂的代数增长，在短时间内，随后是指数衰减。
2010-12-06 physics.flu-dyn
Influence of slip on the dynamics of two-dimensional wakes
本文以二维圆柱绕流为例，研究了滑移边界条件对尾迹动力学的影响。我们发现，滑动显着延迟发病的再循环和脱落后，气缸。正如预期的那样，圆柱体上的阻力随着滑移而减小，对于大雷诺数，阻力敏感性增加。我们还表明，过去的临界脱落雷诺数，滑移减少涡强度在唤醒，以及在圆柱上的升力，但增加脱落频率。我们进一步提供的证据表明，脱落过渡可以解释为一个临界积累的表面涡量，类似于轴对称体的尾流不稳定性的相关研究。最后，我们建议我们的结果可以作为一个被动的方法来推断滑动面的有效摩擦性能。
2009-05-05 physics.flu-dyn
End boundary effects on wakes dynamics of inclined circular cylinders
我们进行直接的数值模拟来表征三维尾流动力学的长倾斜圆柱与非均匀的端部边界条件。三个雷诺数，$\Rey=100$，200和300被认为是揭示的内在的二次不稳定性和外在的端部边界效应在塑造三维流动的作用。在$\Rey=100$，通过诱导斜向涡脱落，在整个圆柱体跨度上都能感受到端部边界效应，与平行脱落相比，斜向涡脱落与尾流中更强的展向流有关。在考虑倾斜角和倾斜角的情况下，斜向开口的斯特劳哈数与直圆柱体平行开口的斯特劳哈数之间存在余弦关系。在$\Rey=200$，内在的二次不稳定性导致大尺度的旋涡位错，阻止了端部边界效应向更远跨度的传播。然而，对于倾斜的情况下，仍然可以观察到从上游端边界的有限跨度内的斜向脱落。从余弦定律的观点来看，斜涡与$\Rey=200$的二维流动有关。进一步沿翼展方向，斜涡随着小尺度涡的形成而不稳定，并且流动过渡到典型的模式A* 尾流。在$\Rey=300$，端部边界附近的高度三维流动产生沿圆柱体跨度传播的扰动，在小倾角情况下产生涡流位错。对于大倾角，斜涡脱落再次观察到的圆柱跨度，并没有被破坏的涡位错的内在或外在的原因。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Porous cylinder arrays for optimal wake and drag characteristics
本研究通过实验与模拟结合多目标优化，发现多孔圆柱阵列的几何布置显著影响尾流与阻力，且孔隙率等高层指标不足以单独预测其特性。
2023-04-06 physics.flu-dyn
Reynolds number effects on the bistable flows over a wavy circular cylinder
波浪圆柱尾迹具有双稳态特性。取决于初始条件，尾流的最终状态可以发展成定常流（状态I）或周期性脱落（状态II）。在本文中，我们进行直接的数值模拟，以揭示雷诺数对这两个尾流状态的影响。随着雷诺数的增加，状态I尾流中的定常涡结构沿展向方向来回摆动，导致阻力的低频波动，但不会导致升力。对于状态II，雷诺数的增加与升力系数中另一个谱峰的出现有关。二次频率与尾流中高度三维的旋涡结构有关。对于这两种状态，尾流过渡到湍流在较高的雷诺数，与小尺度涡的发展。本文进一步研究了绕波动圆柱的流向突风流动。时变的流入速度导致瞬时雷诺数从绝对不稳定流态到双稳态流态的大范围变化。根据来流速度变化的周期，在绝对不稳定流态下增长的尾流扰动可以在状态I尾流中衰减，或者增长到足够大以触发过渡态II，从而导致流动控制功效的损失。上述分析揭示了在未探索的雷诺数下双稳态状态的新的流动物理，并展示了非定常流动中两种状态之间的复杂过渡行为。从这项研究中获得的见解提高了对波浪圆柱体的尾流动力学的理解。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Cylinder wakes in shallow oscillatory flow: the coastal island wake problem
大陆架地形的复杂性是将正压潮汐转化为主导垂直和跨大陆架混合过程的次级环流和剩余环流的催化剂。岛屿尾迹就是这样一个例子，它被观察到显著影响生物和物理标量的传输和分布。尽管岛屿唤醒的重要性，迄今为止，没有足够的，机械的描述的物理过程，其发展存在的一般情况下，不稳定的潮汐强迫。控制实验室实验是必要的理解这种复杂的流动现象。在浅水振荡流中圆柱尾迹的三维速度场测量是通过一个参数空间进行的，该参数空间是典型的绕浅岛屿的潮汐流。先前的研究调查了尾流形式对$KC=U_0T/D$的依赖性，其中$KC$是Keulegan-Carpenter数，$D$是岛直径，$U_0$是潮汐速度振幅，$T$是潮汐周期，以及稳定性参数$S=c_fD/h$，其中$h$是水深，$c_f$是底边界摩擦系数。在这项研究中，我们表明，当底部摩擦的影响仅限于斯托克斯边界层的参数$S=δ^+/KC$，其中$δ^+=δ/h$和$δ=2π\sqrt{2ν/ω}$是斯托克斯底部边界层的波长。观察到三种类型的尾流形式用于降低尾流稳定性：$S\gtrsim 0.1$的\emph{(1) Steady Bubble}; $0.06\lesssim S \lesssim 0.1$的\emph{(2) Unsteady Bubble};以及$S\lesssim 0.06$的\emph{(3) Vortex Shedding}。尾流形式和尾流稳定性的…
2019-02-01 physics.flu-dyn
Parametric Reduced-Order modeling and Closed-Loop Control of Tandem-Cylinder Wakes
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出一种闭环控制框架，用于抑制串联圆柱在共脱落 regime 中的涡街，通过参数化降阶模型和模型预测控制器实现低雷诺数下涡街的完全抑制。
2026-04-02 physics.flu-dyn
Formation mechanism of hairpin vortices in the wake of a truncated square cylinder in a duct
本文研究了在雷诺数为临界阈值附近时，在管道中截断方柱尾流中发夹涡的层流脱落。通过对定常流态的详细分析，揭示了发夹涡的形成机理。我们发现，与以前的研究中类似的结构，发夹涡的动力学是englands与反向旋转对流向涡，我们发现在近尾流的底部产生的（这些通常被称为基涡）。特别是，一旦发夹结构被释放，基涡就附着在它上面，形成它的支腿，因此这些是流向的，而不是像以前在无约束尾流或低展弦比圆柱体后面观察到的那样是展向的。我们还挑选出一个线索的欧米茄形涡，通过一种机制，是类似于活跃在近壁湍流之间的连续发夹涡。最后，我们将展示如何动态的结构，我们确定的阻力系数和Strouhal数的演变时，雷诺数的变化。
2010-02-12 physics.flu-dyn
Multiscale Proper Orthogonal Decomposition (mPOD) of TR-PIV data-- a Case Study on Stationary and Transient Cylinder Wake Flows
粒子图像测速（PIV）测量的数据驱动分解被广泛用于各种目的，包括检测相干特征（例如，旋涡结构），过滤操作（例如，离群值去除或随机噪声减轻）、数据缩减和压缩。这项工作提出了一种新的分解方法，称为多尺度正交分解（Mendez J Fluid Mech 870：988-1036，2019），用于时间分辨PIV（TR-PIV）测量。该方法结合了多分辨率分析（MRA）和标准的本征正交分解（POD），以实现分解收敛性和所得模式的频谱纯度之间的折衷。所选的测试用例是在稳态和瞬态条件下流过圆柱体的流动，产生频率变化的卡门涡街。将mPOD的结果与标准POD、离散傅立叶变换（DFT）和动态模式分解（DMD）进行比较。mPOD的分解收敛性和时频局部化的模式进行评估。多尺度模态分析允许揭示拍现象在静止的圆柱体尾流，由于流动的三维性质，并正确地识别过渡从各种静止状态的瞬态测试情况。
2020-04-07 math.DS physics.flu-dyn physics.ins-det
Unsteady large-scale wake structure behind levitated freestream-aligned circular cylinder
本文通过风洞磁悬挂与立体PIV试验及方位角Fourier-POD模态分析，揭示长径比1.0圆柱非再附尾流中回流泡抽吸、剪切模态、涡脱落和条带之间的关系。
2024-01-22 physics.flu-dyn
Body-Free Simulation of Three-Dimensional Turbulent Cylinder Wakes
Division of Applied Mathematics, Brown University（布朗大学应用数学部）；Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院机械工程系）
本文提出无体模拟框架，通过简化矩形域求解不可压纳维-斯托克斯方程，用单点下游流入信息重构尾涡动力学，验证了无体模拟在计算效率与物理准确性上的优势。
2026-04-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Centrifugal instability of Stokes layers in crossflow: the case of a forced cylinder wake
在文献中已经对$Re\approx100$上圆柱绕流产生旋转振荡的尾流进行了全面讨论，主要集中在对自然Bénard-von Kármán涡街的修改上，这些修改是由锁定到旋转振荡频率的强制脱落模式引起的。通常的实验和理论框架在这些雷诺数是准二维的，因为二次不稳定性带来的三维结构的圆柱体尾流只发生在更高的雷诺数。在本论文中，我们表明，一个三维结构可以出现在通常的三维阈值以下，当强迫与频率低于自然涡脱落频率，在高振幅，作为一个以前未报道的机制的结果：脉冲离心振荡斯托克斯层在气缸壁的不稳定性。目前的数值研究让我们以这种方式提出了一个物理解释，在最近的实验研究D 'Adamo等人。（2011）的类似的特性。
2015-04-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Mass and moment of inertia govern the transition in the dynamics and wakes of freely rising and falling cylinders
在这封信中，我们研究了静止流体中自由上升和下降的圆柱体的运动和尾流模式。我们发现，振荡的幅度和整个系统的动力学是错综复杂的两个参数：粒子的质量密度相对于流体$m^* \equiv ρ_p/ρ_f$和它的相对转动惯量$I^* \equiv {I}_p/{I}_f$。这取代了目前的理解，即临界质量密度（$m^*\approx$ 0.54）单独触发剧烈振动的突然发生。使用超过144个组合的${m}^*$和$I^*$，我们全面映射出参数空间覆盖非常重（$m^* > 10$）非常浮力（$m^* < 0.1$）的颗粒。整个数据崩溃成两个标度制度划分的过渡斯特劳哈尔数，$St_t \approx 0.17$。$St_t$将质量主导的区域与由粒子的转动惯量主导的区域分开。从一种状态到另一种状态的转变也标志着尾流脱落模式的逐渐转变：从经典的$2S$ ~（2-Single）涡模式到$2P$ ~（2-Pairs）涡模式。因此，自转可以对自由上升的各向同性体的轨迹和尾流产生显著影响。
2017-06-26 physics.flu-dyn
Experimental evidence of a phase transition to fully developed turbulence in a wake flow
本文研究了圆柱尾流向充分发展湍流转变的统计特性。特别是，我们评估了不同长度尺度上的速度增量的概率密度函数$r$。证据表明，$r$依赖的速度增量可以被视为马尔可夫过程中的远场，以及，在近场的圆柱尾流。随着这些马尔可夫过程的确定性部分的估计，作为一个函数的距离，从圆柱体，我们能够设置过渡到充分发展的湍流类比的相变。我们认为，出现的序参量对应于大尺度相干结构的存在接近圆柱。
1999-02-04 physics.data-an physics.flu-dyn
Wake dynamics of a square cylinder while moving upward in quiescent water
本研究通过实验和PIV技术揭示了方形圆柱体在静水中上升时尾流由持久反向旋转涡旋主导，环量对Froude数呈两区域依赖，卷吸增强源于旋转加剧而非涡旋面积扩大。
2025-11-02 physics.flu-dyn
Spatial evolution of the turbulent/turbulent interface geometry in a cylinder wake
本研究通过PLIF实验考察圆柱尾流中TTI几何特征的空间演化，发现TTI比TNTI扩展更快，界面在$x/d\approx15$处存在过渡区，并首次量化了TTI粗糙度（分形维数）的空间变化及其对背景湍流参数的依赖。
2023-07-29 physics.flu-dyn
Aspect-ratio effect on the wake of a wall-mounted square cylinder immersed in a turbulent boundary layer
本研究通过高分辨率大涡模拟（LES）探究了湍流边界层中壁面安装方柱的纵横比（AR）对尾流拓扑、湍流产生与输运的影响，发现AR影响尾流构型转变、三维性及湍动能收支，为临界AR的表征提供了参考。
2024-01-22 physics.flu-dyn
A Unified Wake Topology Map for He II Counterflow Past a Cylinder
Institute of Refrigeration and Cryogenics, Zhejiang University（浙江大学制冷与低温研究所）；Zhejiang Key Laboratory of Refrigeration and Cryogenic Technology（浙江省制冷与低温技术重点实验室）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Mechanical and Aerospace Engineering Department, FAMU-FSU College of Engineering, Florida State University（佛罗里达州立大学FAMU-FSU工程学院机械与航空航天工程系）
本研究通过双流体模型揭示超流氦II绕圆柱体的涡旋拓扑结构，构建了基于Re_n和N的统一相图，阐明互摩擦反馈在量子流体中形成异常涡旋结构的作用。
2026-02-06 cond-mat.other physics.flu-dyn
Wake of inertial waves of a horizontal cylinder in horizontal translation
本文从理论和实验上分析了直径为$d$的水平圆柱体在绕垂直轴以速率$Ω$旋转的流体中以恒定速度$U$水平平移后的尾流。使用粒子图像测速测量在旋转框架，我们表明，尾流是稳定的雷诺数${\rm Re}=Ud/ν$远大于在非旋转流体的旋转。在探索的参数范围内，稳定性极限为${\rm Re} \simeq (275 \pm 25) / {\rm Ro}$，${\rm Ro}=U/2Ωd$为Rossby数，表明稳定化过程受边界层中的Ekman抽吸控制。在低Rossby数时，尾流的形式为惯性波的静止模式，类似于船后表面重力波的尾流。我们将这种定常尾流模式与最初由[Johnson，J. Fluid Mech.120，359（1982）]提出的模型进行比较，该模型假定自由滑移边界条件和弱流向扰动。我们的测量结果表明与此模型的${\rm Ro}\lesssim 0.3$的定量协议。在较大的Rossby数，尾迹的相位模式是接近的预测为一个无限小的线对象。然而，尾流振幅和相位的起源是不正确的描述弱流向扰动模型，要求在中等转速的边界条件的替代模型。
2018-02-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Mixing by offshore wind infrastructure: Resolving the density stratified wakes past vertical cylinders
School of Architecture, Building and Civil Engineering, Loughborough University（拉夫堡大学建筑、土木与土木工程学院）
本研究通过结构解析直接数值模拟，揭示了海上风电设施后两种不同分层条件下涡流混合机制，为验证未来模型提供了关键基准。
2026-02-11 physics.flu-dyn
VIV and WIO using wake oscillator. Comparison on 2D response with experiments
实验结果被用来验证一个二维唯象模型的近尾流的基础上Van Der Pol尾流振荡器，这是第一个描述了二维运动的圆柱在其横向平面。在单个圆柱体的情况下，实验和数值计算结果是在相对较好的协议。这些初步结果表明，该模型可以作为一个简单的计算工具，在预测的二维涡激振动效应。
2010-02-17 physics.flu-dyn
Recursive dynamic mode decomposition of a transient cylinder wake
提出了一种新的数据驱动的流体流动模态分解，包括POD和DMD的关键特征。第一模式是DMD模式的归一化实部或虚部，其最小化时间平均残差。基于使用前N-1个模式的扩展的残差，以类似的方式递归地定义第N个模式。由此产生的递归DMD（RDMD）模式是正交的建设，保留纯频率的内容，并在低残留的目标。将RDMD应用于瞬态气缸尾流数据，并针对相同快照序列，以POD和优化DMD（Chen等人，2012年）为基准。与POD模式不同，RDMD结构被证明具有纯频率内容，同时保留了相当于POD顺序的残差。与具有指数增长或衰减振荡幅度的DMD相比，RDMD清楚地识别初始、最大和最终波动水平。有趣的是，RDMD在相同快照的极限环分辨率方面优于POD和DMD。RDMD被提出作为一个有吸引力的替代POD和DMD的经验伽辽金模型，非线性瞬态动力学作为一个利基应用。
2015-11-21 physics.flu-dyn
Hydrodynamics of an oscillating cylinder inline with steady current
本研究在Re=500下数值研究共线振荡圆柱的尾流与受力，揭示不同λ*区间的尾流作用机制、同步模态的阿诺德舌分布及涡脱落规律，验证了Morison方程仅在小λ*范围适用。
2024-09-13 physics.flu-dyn
Wake dynamics of finite-aspect-ratio rotating circular cylinders at low Reynolds number
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Central South University（中南大学）；Shenzhen Research Institute of Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学深圳研究院）
研究有限长比旋转圆柱体在低雷诺数下的涡流动力学，探讨自由端效应对其涡流动力学和气动性能的影响，通过直接数值模拟揭示三维涡流形成机制及端板抑制作用。
2025-08-26 physics.flu-dyn
Reinforcement-learning-based control of confined cylinder wakes with stability analyses
本文研究了基于学习的流动控制策略在圆柱绕流中的应用。控制动作是在气缸上吹吸两股合成射流。本研究的主题是探讨如何在基于RL的控制中使用和嵌入流的物理信息。首先，在阻塞比和雷诺数的范围内，进行基于时间平均流和定常流（这是纳维-斯托克斯方程的解）的全局线性稳定性和灵敏度分析。结果发现，最敏感的区域在尾流扩展本身时，任何一个参数增加的参数范围内，我们在这里调查。然后，我们利用这些物理结果来帮助设计基于RL的控制策略。我们发现，控制后的尾流收敛到不稳定的定常基流，在那里的涡脱落可以成功地抑制。一个持续的振荡控制似乎有必要保持这种不稳定的状态。从长远来看，RL算法能够优于基于梯度的优化方法（在一定时间内优化）。此外，当流稳定性信息被嵌入在奖励函数中以惩罚不稳定性时，受控流可以变得更稳定。最后，根据灵敏度分析，当探针放置在最敏感的区域时，控制效果最有效。即使很少的探针以这种方式被适当地放置，控制也可以是成功的。
2021-11-15 physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulation of flow around a circular nano-cylinder
本文采用分子动力学模拟方法对纳米圆柱的尾流进行了数值模拟，揭示了微/纳米尺度对尾流的影响。当雷诺数Re> 101时，空化效应对尾流有明显的影响。在低雷诺数时，尾流的斯特罗哈数（St）随雷诺数的增加而增加，但在空化出现后，St随雷诺数的增加而逐渐减小。当Re { \geq }为127时，升力脉动的主频可以高于速度脉动的主频，并淹没在布朗力的混沌脉动背景中.也因为布朗力的强烈影响，没有主频率的阻力波动可以观察到。为了考虑流体的内部尺寸效应，新引入了Jz数，定义为流体分子的平均自由程λ与势能平衡距离σ之比。尾流的St随着Jz的增加而增加，直到当Jz { \approx } 1.7时它急剧下降到零。这表明流体的不连续性可以最终消除旋涡的产生和脱落。同时，由于空化的加剧，St随Kn减小。
2022-05-11 physics.flu-dyn
On the characteristics of the turbulent wake behind a wall-mounted square cylinder
采用Spalart-Allmaras改进的延迟分离涡模拟（S-A IDDES）和本征正交分解（POD）方法，对高宽比为4的方柱绕流进行了湍流数值模拟。雷诺数等于12，000（基于自由流速度和障碍物宽度）。本文着重分析了障碍物尾迹的涡结构和沿障碍物高度的涡脱落过程。一阶和二阶流动统计与现有的实验和直接数值模拟数据的定量比较被用来验证数值结果。数值模型与产生湍流入流条件的涡方法（VM）相结合，可以成功地再现障碍物周围和后面的流场，具有值得称赞的精度。利用数值模拟得到的时均和瞬时流动参数，详细讨论了尾流形成区附近的流动结构和旋涡脱落特性。分析了偶极型平均流向涡和半圈发夹型瞬时涡的能量运动。一个连贯的脱落结构沿障碍物使用两点相关性。两种类型的涡脱落的时间间隔，即低振幅波动（LAFs）和高振幅波动（HAF）。对尾迹的POD分析表明，在障碍物高度的0.25 ~ 0.5之间，前两个POD模态代表交替脱落，对动能的贡献在66.6%~ 57.6%之间。一个简单的低阶模型的基础上的涡脱落相位角和从POD获得的时间系数的频谱被开发来预测的尾流动力学的高度范围内的交替脱落占主导地位。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Chaotic Rotation of a Towed Elliptical Cylinder
在本文中，我认为自激旋转的椭圆柱拖曳在粘性流体作为一个典型的非线性流体-结构相互作用的模型与传感器和能量提取设备的设计中可能的应用。首先，自激椭圆系统被证明是类似于经典混沌理论中研究的强迫振荡器。一个单一的变量，枢轴和质心之间的距离，支配系统分岔到双稳定。接下来，完全耦合的计算流体动力学模拟的运动的缸证明极限环，倍周期，间歇性的混乱，和完全混乱的动力学的距离进一步调整。圆柱体后面的粘性尾流的极限环的情况下，新类型的稳定的唤醒的特点是为每一个。相反，一个混乱的情况下，表现出独立的唤醒和结构状态。旋转动能被量化并与旋涡脱落和轨迹周期性相关。混沌和高周期的系统响应被发现持续时，结构阻尼和雷诺数低至200。
2014-01-16 physics.flu-dyn
Elastoviscoplastic fluid flow past a circular cylinder
采用二维直接数值模拟方法，研究了流体弹性和屈服应力对圆柱绕流的综合影响。我们使用Saramito本构模型分析了屈服应力、弹性、剪切变稀和剪切变稠对尾流特性的影响。弹粘塑性（EVP）尾流研究在一个中等的雷诺数（Re = 100），其中二维涡脱落发生在牛顿的情况下。研究发现，在剪切变稀的弹粘塑性流动中，随着屈服应力的增大，阻力系数和升力系数的均方根均减小，而回流泡$L_{RB}$的长度增大。这些变化表明，尾流振荡振幅随屈服应力的增加而减小。然而，对于剪切增厚，阻力系数$C_D$在大宾汉数下增加，并且尾流变得混乱。粘弹性流体和EVP流体的比较表明，聚合物应力，tr（$τ^p$），衰减相当少的圆柱体的下游在EVP的情况下，表明显着的应力持续在大的距离。我们观察到，剪切变稀竞争与弹性和屈服应力，并抵消其效果，而剪切增厚增强弹性和屈服应力的影响，使流动模式可以从周期性的混沌流。
2023-03-16 physics.flu-dyn
Optimization-Based Discovery of A Non-Attracting Flow State in An Oscillating-Cylinder Wake
School of Aeronautic, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学航空学院）；International Joint Institute of Artificial Intelligence on Fluid Mechanics, Northwestern Polytechnical University（西北工业大学流体力学人工智能国际联合研究院）；National Key Laboratory of Aircraft Configuration Design（飞机气动布局设计国家重点实验室）
本文基于优化方法发现振荡圆柱尾流中存在非吸引流动解，该解在优化过程中保持一致，揭示了复杂尾流动力学的新视角。
2026-04-01 physics.flu-dyn
Unsteady Cylinder Wakes from Arbitrary Bodies with Differentiable Physics-Assisted Neural Network
本研究提出结合可微流动求解器与神经网络的DPNN混合框架，用于重构任意圆柱的非定常尾流，在长时间范围保留边界层与尾流特性，性能优于监督学习，可复现尾流规律并预测混沌转变。
2023-11-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical stability and three dimensionality of a streamline hyperbolic critical point in wake at low Reynolds number
本文对低雷诺数下流线奇异双曲/鞍形临界点（HSP）的数值稳定性及其与压力/流体通量发散的关系进行了数值研究。在不同雷诺数下考虑了三种典型构型：（a）孤立圆柱;（b）并排圆柱和（c）近壁圆柱。本文的目的是研究在不同雷诺数和不平衡剪切层相互作用下，热激表面的特性。据发现，HSP沿剪切层界面发展，并施加不利的压力梯度，这可能会恶化近尾流稳定性。HSP的固有特征与净正流体-流体发散和流体三维性有关。在HSP周围形成无涡停滞区，切断了尾流剪切层的动能供应，投射出三维流体通量，形成三维流向辫状流。这些发现证实和解释通过量化的流体通量发散，流体动力响应的圆柱（S）和次级拟能。本文的主要重点是揭示HSP之间的微妙的分析关系，压力/流体通量的发散，流体的三维性和不平衡的剪切层的相互作用。据作者所知，到目前为止，这些分析关系尚未在文献中报道。
2020-07-05 physics.flu-dyn
Energy Transfer Mechanisms in Wake-Modulated Transonic Flutter
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
通过高保真直接数值模拟和能量图，研究了尾流扰动对跨声速颤振的影响，发现圆柱体显著扩大颤振边界，并利用力分解方法识别出机翼与圆柱之间的间隙流是能量传递的主要来源。
2026-06-01 physics.flu-dyn
The drag-adjoint field of a circular cylinder wake at Reynolds numbers 20, 100 and 500
本文分析了纳维-斯托克斯方程的伴随解。本文重点研究了三种雷诺数Re_D=20、100和500时圆柱绕流的流动。伴随公式中所关心的量是圆柱上的阻力。我们使用经典的流体力学方法来分析伴随解，它是一个类似于流场的矢量场。讨论了伴随场动能的产生和耗散。我们还导出了伴随场沿封闭物质围道的环流演化。这些分析结果被用来解释本文提出的伴随方程的三个数值解。伴随解在Re_D=20时为粘性定常流，表现出下游抽吸和上游喷射，与流场的预期行为相反。伴随解在Re_D=100时为周期性二维非定常流动，在近尾流区呈现周期性豆状环流。Re_D=500时的伴随解是一个三维非定常湍流，它具有由近尾流中的剪切层产生的复杂动力学特性。伴随解的大小以第一个李雅普诺夫指数的速率呈指数增长。这些数值结果与本文提出的理论分析有很好的相关性。
2013-07-06 math-ph math.MP physics.comp-ph
Vibrissa inspired geometries enhance sensitivity of wake-induced vibrations
Center for Fluid Mechanics, School of Engineering（流体力学中心，工程学院）；Naval Underwater Warfare Center（海军水下作战中心）
研究通过实验分析不同几何结构在稳态和非稳态流中涡激振动和尾涡振动特性，发现颤毛结构在特定频率下具有更高的灵敏度。
2026-03-23 physics.flu-dyn
An exploratory analysis of the transient and long term behaviour of small 3D perturbations in the circular cylinder wake
本文讨论了自由剪切流中任意三维小涡量扰动的初值问题。粘性扰动方程，然后结合在涡量和速度，并通过一个组合的拉普拉斯-傅立叶变换在垂直于基本流的平面内解决。这种处理允许简化的控制方程，这样就可以观察到长的瞬态，可以持续数百个时间尺度。通过对线性化的纳维-斯托克斯方程进行直接数值积分，在可接受的时间间隔内，不可能得到这种结果。的探索是相对于物理输入的角度，扰动的对称性和流向阻尼率。基流是增长的2D圆柱尾迹的中间部分，其中卷吸过程仍然活跃。两个雷诺数的顺序的临界值的发病的第一不稳定性被认为是。早期的瞬态演变提供了非常不同的情况下，我们提出了一个总结特定的情况。例如，对于放大扰动，我们观察到两种瞬态，即（1）单调放大和（2）增长-减少-最终增长的序列。在后一种情况下，如果初始条件是一个不对称的倾斜或纵向扰动，瞬态清楚地显示出一个初始振荡的时间尺度。此外，扰动在纵向上被限制得越多，它在时间上被放大得就越多。二维扰动的长期行为与最近的二维时空多尺度模态分析和关于圆柱体尾流中平行涡脱落的频率和波长的实验室数据显示出极好的一致性。
2010-03-15 physics.flu-dyn
Numerical analyses of the flow past a short rotating cylinder
本研究通过直接数值模拟和全局稳定性分析，研究了短旋转圆柱的尾流动力学，揭示了旋转效应导致的多种不稳定模态和尾流模式转变。
2023-11-14 physics.flu-dyn
Analytical modelling of wind-turbine wake turbulence in neutral atmospheric boundary layers
IFP Energies nouvelles（IFP能源新动力）；Durham University（杜伦大学）
本文提出一种新的尾涡附加湍流强度模型，基于TKE和流体方向雷诺应力预算，结合经典RANS假设和远尾涡近似，实现简单实用且与LES和风洞实验一致的风场建模工具。
2026-04-30 physics.flu-dyn
