Analysis of inviscid shear instability of axisymmetric flows
Monash University（莫纳什大学）
本文提出了一种分析轴对称流动在环形管道和管道中稳定性的新方法，改进了经典结果，并通过扩展最近提出的障碍定理来预测中性参数。
2026-01-25 physics.flu-dyn
The inviscid instability in an electrically conducting fluid affected by a parallel magnetic field
研究了平行磁场作用下导电流体的无粘不稳定性。本文考虑了泊松流中低磁雷诺数的情况。当磁场足够强时，对于低流体动力学雷诺数的流动，已经知道中性扰动是三维的。我们的研究表明，在高流体动力学雷诺数（无粘流），磁场的强度对增长最快的扰动的影响是有限的，以减少其倾斜角，即之间的角度波的传播方向和基本流。波形保持不变。对本征值问题所提供的线性不稳定性的详细分析表明，磁场对导电流体流动具有稳定作用。我们还发现，至少当主流存在一个临界点时，根据Rayleigh临界点定理，在基流速度与复稳定性参数之间存在一个适当的条件，就会出现不稳定性。
2013-03-03 physics.flu-dyn
General stability criterion of two-dimensional inviscid parallel flow
首次用解析方法得到了二维无粘平行流的一般稳定性判据。首先，在流动中处处找到了稳定性判据$\frac{U''}{U-U_s}>-μ_1$，其中$U_s$是拐点处的速度，$μ_1$是Poincaré问题的特征值.其次，我们还证明了一个原则，即流动是稳定的，当且仅当所有的扰动与$c_r=U_s$是中性稳定的。最后，根据这一原则，不稳定性的标准是$\frac{U''}{U-U_s}<-μ_1$无处不在的流动。这些结果推广了Rayleigh，Tollmien和Fjørtoft的结果，为进一步研究流体动力不稳定性的机理奠定了基础.
2005-12-27 astro-ph physics.ao-ph physics.flu-dyn
Camassa-Holm equations and vortexons for axisymmetric pipe flows
本文研究了非旋转Poillille管流中层流状态轴对称扰动的非线性动力学。特别地，我们证明了相关的纳维-斯托克斯方程可以简化为一组耦合Camassa-Holm型方程。这些支持无粘和光滑的本地化行波，这是使用Petviashvili方法进行数值计算。在物理空间中，它们对应于集中在管道边界附近（壁涡）或缠绕在管道轴线周围（中心涡）的局部环形涡，这与Fedele（2012）针对小和长波扰动导出的分析孤立子解一致。数值计算还发现，具有不连续径向速度的无粘奇异涡与具有楔型奇异性的特殊行波（即峰子）有关。它们的存在被证实的解析解的指数形状的峰，得到的特定情况下的非耦合Camassa-Holm方程。扰动的演变也使用一个准确的傅立叶型谱方案进行了研究。我们观察到，初始涡补丁分裂成中心涡辐射涡的形式的壁涡。在粘性消散它们之前，这些可以进一步分裂，导致中心涡旋的一段塞。与Eyink（2008）一致，分裂过程源于从壁到管轴的方位角涡量的径向通量。无粘性和光滑的涡子类似于Walton（2011）导出的非线性中性结构，它可能是在转捩时观察到的喷流和段塞流的前兆，因为它很可能对非轴对称扰动不稳定。
2013-09-23 physics.class-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Camassa-Holm type equations for axisymmetric Poiseuille pipe flows
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University College Dublin（都柏林大学学院）；Université de Savoie（萨瓦大学）
研究非旋转轴对称泊肃叶管流中扰动的非线性动力学，将Navier-Stokes方程简化为耦合的广义Camassa-Holm型方程，发现具有楔形奇点的无黏行波（peakons）及其分岔，对应局部环形涡旋（vortexons），可能是过渡中puffs和slugs的前兆。
2013-03-20 cs.NA math.NA nlin.CD
On the stability of viscous Riemann ellipsoids
Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；CNRS UMR 7351, Laboratoire J. A. Dieudonné（法国国家科学研究中心第7351联合研究单位，J.A.迪厄多内实验室）
本文研究了瑞曼椭球在无粘和弱粘条件下的稳定性，通过推导庞加莱方程和边界层分析，分析了粘性对稳定性的影响，并探讨了旋转、应变和扩散的作用。
2026-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Optimal transient growth in thin-interface internal solitary waves
本文用线性最优瞬态增长法分析了薄界面双层流动中大振幅内孤立波的扰动动力学。最佳扰动计算通过直接伴随迭代的纳维-斯托克斯方程线性化周围的无粘，稳定的ISW从Dubreil-Reintin-Long（DJL）方程。最佳扰动被发现作为一个功能的ISW相速度$c$（或者振幅）的一个代表性的分层。这些干扰被发现是本地化的波一样的包，起源于上游的ISW自感应区（足够大的$c$）的潜在不稳定的理查森数，$Ri < 0.25$。它们作为相干包通过基波传播，相干包的总能量增益随着$c$而迅速增加。最佳扰动也被证明是相关的DJL孤立波已被修改的粘度代表的实验室实验。最佳的干扰相比，当地WKB近似空间增长的开尔文-亥姆霍兹（KH）波通过$Ri < 0.25$区。WKB方法能够捕获属性（例如，载波频率，波数和能量增益）的最佳干扰，除了初始阶段的非正常增长，由于奥尔机制。非正常增长可以是总增益的相当大的一部分，特别是对于对K-H波弱不稳定的ISW。高斯包的线性自由波的线性演化具有相同的载波频率的最佳扰动的结果在更少的能量增益比发现的最佳扰动或WKB近似由于非正常效应，导致吸收的干扰能量到波的前导面。
2017-08-30 physics.flu-dyn
Extensible membranes in inviscid flow: aerodynamics and singular limits
University of Michigan（密歇根大学）
本文建立二维不可压缩流中可扩展膜的涡脱落模型，发现柔顺性增强启动升力但放大振荡，并揭示张力消失导致的奇异极限与从周期到混沌颤振的转变。
2026-09-16 cond-mat.soft math.AP physics.flu-dyn
Receptivity of the flow on the stagnation streamline of a blunt body in supersonic flow
The Stephen B. Klein Faculty of Aerospace Engineering, Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院斯蒂芬·B·克莱恩航空航天工程学院）
通过线性化激波拟合与谱方法，理论研究了超音速来流扰动下钝体驻点流线的感受性，修正了Morkovin分析中的关键系数错误，揭示了体诱导放大而非阻尼，并量化了熵、快声和慢声波的响应。
2026-06-23 physics.flu-dyn
The effect of pressure fluctuations on the shapes of thinning liquid curtains
本文研究了在正弦环境压力扰动作用下，一个在重力作用下变薄的无粘液膜（一个涂层幕）在垂直狭缝中的时间响应。理论研究采用了由\cite{weinp1}提出的双曲型偏微分方程。帘的响应由槽韦伯数$W_{e_0} = ρq V/2σ$表征，其中$V$是帘在槽处的速度，$q$是每单位宽度的体积流速，$σ$是表面张力，并且$ρ$是流体密度。流动扰动沿着具有相对于$\pm \sqrt{uV/W_{e_0}}$的帘的速度的特性行进，其中$u = \sqrt{V^2 + 2gx}$是在距槽下游距离$x$处的帘速度。当流动为亚临界（$W_{e_0} < 1$）时，狭缝附近的上游行进扰动影响幕帘中心线，并且狭缝处的幕帘中心线的斜率以作为$W_{e_0}$的函数的振幅振荡。相反，所有的扰动在超临界帘幕（$W_{e_0} > 1$）中向下游行进，并且帘幕在槽处的斜率是垂直的。在这里，我们专门检查下的超临界和亚临界流条件下的响应$W_{e_0} = 1$附近的窗帘推断是否有一个实质性的变化，在整体形状和幅度的窗帘响应。尽管缝附近的窗帘解决方案的局部差异，我们发现，亚临界和超临界窗帘有类似的响应，所有施加的正弦频率。
2021-01-22 physics.flu-dyn
Zonal structure of unbounded external-flow and aerodynamics
本文从外无界流速度场的远场特性出发。我们发现，众所周知的代数衰减的扰动速度推导运动学是过于保守。一旦考虑到动力学的工作远场线性化的纳维-斯托克斯方程的基本解，它被证明，最远的远场区相邻的均匀流体在无穷远处必须是不稳定的，粘性和可压缩的，所有的扰动退化为声波，指数衰减。但在一些常用的简化流动模型中，如定常流动、不可压缩流动和无粘流动，并不存在这种最优速率，因为它们实际上是在无界自由空间的真子空间中工作，而这些真子空间周围是不同性质的更远的场。这一发现自然导致了外部无界流场的带状结构。带状结构的重要性表现在它与现有的外流空气动力和力矩理论的密切相关性上，包括消除简化模型中固有的困难或矛盾。
2016-11-21 physics.flu-dyn
Vortexons in axisymmetric Poiseuille pipe flows
本文研究了非旋转轴对称Poillille管流中小长波扰动对层流状态的非线性动力学。在高雷诺数下，相关的纳维-斯托克斯方程可以简化为一组耦合的Korteweg-de Vries型（KdV）方程，该方程支持使用Petviashvili方法数值计算的无粘和光滑行波。在物理空间中，它们对应于集中在管道边界附近的局部环形涡（壁涡）或缠绕在管道轴周围的局部环形涡（中心涡），与Fedele（2012）推导的解析孤子解一致。KdV动力学的扰动也研究了通过一个高精度的傅立叶基的数值方案。我们观察到，初始涡补丁分裂成一个中心涡辐射补丁附近的壁涡。这些可以经历进一步的分裂，导致中心涡旋子的增殖，最终由于粘性效应而衰减。分裂过程源于从管壁到管轴的方位角涡量的径向通量，这与Eyink（2008）在槽道流中确定的横流涡量的逆级联一致。无粘涡子最有可能是不稳定的非轴对称扰动，并可能是一个先兆，喷流和弹状流的形成。
2012-12-24 math.AP nlin.SI physics.class-ph
Spatiotemporal evolution of asymmetries in turbulent trailing vortices
本文研究了引入到轴对称湍流中的非对称性向外传播的问题，并以高雷诺数和任意旋流数的三维Batchelor涡为例进行了研究。众所周知，添加到2D轴对称流的扰动（不对称性）径向向外传播，以便使涡流重新轴对称化，但是在临界距离处停止行进，该临界距离被称为停滞半径。我们利用直接数值模拟（DNS）和无粘性模型开发的线性化的动量和涡量输运方程周围的基础（未扰动）流在螺旋坐标证明，与2D的情况下，3D涡使无界的径向传播的不对称性。我们进一步将Wenzel-Kramers-Brillouin（WKB）分析应用到线性模型中，将扰动作为紧波包处理，将线性模型的偏微分方程转化为几个常微分方程。然而，气候科学界已经表明，WKB方法普遍预测停滞半径和高度的扰动引入三维气旋样涡，在这里，我们确定了一个狭窄的参数范围内，WKB分析也支持无限制的传播扰动。最后，利用线性快速畸变理论和数值模拟，阐明了不同阶段和不同位置的动量输送机制，从而促进了扰动的向外平流。由于完整的纳维-斯托克斯方程的DNS可以快速稳定到层流状态，因此我们也对线性化的输运方程和无基流干扰的非线性控制方程进行了DNS，以揭示扰动增长和径向传播的主要机制以及在固定旋数下导致增长停滞的非线性过程。
2022-03-30 physics.flu-dyn
Reattachment streaks in hypersonic compression ramp flow: an input-output analysis
我们采用全局输入输出分析来量化可压缩边界层流中外源扰动的放大。利用时间周期输入的主导响应的空间结构，我们解释了压缩斜坡上高超音速流中稳定再附着条纹的起源。我们对层流激波/边界层相互作用的分析表明，条纹是由上游具有特定展向波长的反向旋转涡扰动的优先放大引起的。这些条纹与流动再附着附近的壁面处的热通量条纹相关联，并且它们可以触发向湍流的转变。我们的分析预测的条纹波长与两个不同的高超声速压缩斜坡实验的观测结果相比毫不逊色。此外，我们的分析表明，无粘输运方程的基流减速有助于放大流向速度和斜压效应是负责生产流向涡。最后，温度条纹附近的再附着的外观触发的流向速度和流向涡扰动的增长，以及由上游温度扰动的再附着激波的放大。
2019-08-23 physics.flu-dyn
Shear Flow in Cylindrical Open Channel Under Precession
本文将进动作用下圆柱形明渠受迫振荡的研究扩展到考虑惯性波在明渠中引起的剪切效应。问题的线性部分导致两个方程的稳定性一个粘性部分类似于Orr-Sommerfeld方程和一个无粘部分类似于Rayleigh方程，第二个是解决和讨论取决于流函数的观察。线性部分还导致连接流速和扰动之间的关系，该关系以类似于正常条件下无阻流的Burns条件的形式导出。实验测量了水平流速随深度的分布，结果表明，该分布为正弦分布。基于这一假设解决了烧伤问题。问题的非线性部分导致Koteweg De-Vries（KdV）方程的新版本，其通过应用用于时间离散的蛙跳方法、用于空间离散的傅立叶变换和用于求解深度积分的梯形规则来数值求解，结果表明，剪切对波形没有特殊的影响，这与正常条件下理论得到的经典结果相似。
2021-11-16 physics.flu-dyn
Viscous effects on the acoustics and stability of a shear layer over an impedance wall
University of Cambridge（剑桥大学）
研究了阻抗壁上方剪切层中粘性和热传导对声学的影响，发现粘性效应可能与剪切效应同样重要，提出了考虑粘性效应的边界层方程和有效阻尼边界条件。
2016-12-04 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Nonmodal energy growth and optimal perturbations in compressible plane Couette flow
本文研究了可压缩平面Couette流在三维扰动下的非模态瞬态增长和最佳扰动的估计。扰动能量随时间的最大放大率$G_{\max}$随雷诺数${\it Re}$的增加而增加，但随马赫数$M$的增加而减小。更具体地说，最佳能量放大$G_{\rm opt}$（流向和展向波数上的$G_{\max}$的上确界）在不可压缩极限下最大，并随着$M$的增加而单调减小。相应的最佳流向波数$α_{\rm opt}$在M=0时不为零，随着$M$的增加而增加，在$M$的某个值时达到最大值，然后减小，最终在高马赫数时变为零。在高马赫数时，纯流向涡是最佳的涡型，而在低到中等的马赫数时，调制流向涡是最佳的涡型。与不可压缩剪切流不同，本流中的流向独立模式不遵循标度律$G(t/{\it Re}) \sim {\it Re}^2$，其原因被证明与线性稳定性算子中某些项的主导地位有关。基于一个详细的非模态能量分析，我们表明，瞬态能量的增长发生由于能量从平均流到扰动通过无粘{ \it代数}不稳定性的转移。随着马赫数的增加，瞬态增长的减少也表明与在相同极限下从平均流（$\dot{\mathcal E}_1$）传递的能量的减少有关。
2008-04-01 physics.flu-dyn
