Vortex flow around a circular cylinder above a plane
多个固体障碍物附近涡流的研究具有相当大的理论意义和实际意义。特别是，最近，绕流的情况下，放置在一个平面壁上方的圆柱已经吸引了很多的关注。在这种情况下，在圆柱体的前面形成了一个固定的涡流，这与没有平面的通常情况相反，在这种情况下，在圆柱体的后面观察到一个涡流对。本文应用现代复变函数分析方法，对平面上方圆柱绕流中的点涡问题进行了复势分析。还显示了典型的流线型图案。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Analysis of Flow Field and Pneumatic Noise of The Flow around Series Cylinder
本研究采用CFD结合声学类比和涡动力学理论，分析由飞机起落架简化的串联圆柱，发现椭圆形圆柱设计能显著降低平均阻力系数、抑制升力系数波动并收缩尾流涡结构，从而有效降低气动噪声。
2023-10-20 physics.flu-dyn
An asymptotic approximation to the free-surface elevation around a cylinder in long waves
强非线性效应是已知的，有助于当前进波冲击在垂直表面穿透圆柱时引起的波浪爬高。波浪爬高的幅度很大程度上取决于圆柱体细长度$ka$和波陡度$kA$参数的耦合。本文给出了平面行波中圆柱自由面高程的解析解。它是假设在整个水平范围内的圆柱是远远小于入射波长和相同的数量级的入射波振幅。对速度势和自由面边界条件进行摄动展开，并根据$ka$和$kA$求解到三阶。这种方法的有效性进行了研究，通过与规范的二阶衍射理论和现有的实验结果的比较。我们发现，对于小$ka$，长波长理论是有效的，直到$kA \approx 0.16-0.2$上波侧的圆柱。然而，当考虑圆柱体周围的任意位置时，该域显著地减少到$kA<0.06$。这项工作的一个重要特点是一个改进的帐户的第一谐波的自由表面海拔超过线性衍射理论。
2013-10-07 physics.flu-dyn
Steady and periodic regimes of laminar flow around the rotating cylinder
对雷诺数为$ 50 \le {\rm Re} \le 500 $、无量纲转速为$ 0 \le α\le 7 $的旋转圆柱绕流问题进行了数值研究。构造了流型参数图，给出了两个定常解区域和两个周期解区域。详细研究了$ {\rm Re} = 200 $的阻力系数和升力系数与转速的关系。数值解收敛到已知的渐近解在大$ α$确认。
2013-12-10 physics.flu-dyn
Fluid kinematics around two circular cylinders moving towards impact
任意正交空间的尺度因子是其齐次正交空间的容度的度量。在目前的研究中，它表明，他们的空间和时间的变化率没有贡献的任意函数在正交空间中的微分。在此基础上，建立了相应的纳维-斯托克斯方程，为研究正交平面空间中流体运动的运动学提供了一种方法。采用这个配方和经常摄动理论，不可压缩的，粘性流体绕两个相同的圆柱体，这两个圆柱体以相等和相反的速度向中心碰撞的流动的运动物理措施进行了评估。在这种情况下，空间根据笛卡尔平面的双极变换进行参数化。
2022-11-26 physics.flu-dyn
Effect of confinement on flow around a rotating elliptic cylinder in laminar flow regime
对旋转椭圆柱在槽道中的绕流现象进行了数值研究。约束参数β的值按\frac{1}{k}变化，其中k分别为2、4、6和8，以显示下游尾流中圆柱周围的旋涡脱落模式。无量纲旋转速率α取0.5、1和2作为其值。另外，基于圆柱体直径的雷诺数（\textit{Re}）分别取为50、100和150。进行了参数研究，以解释阻力系数\textit{(C_{D})}、升力系数\textit{(C_{L})}和力矩系数\textit{(C_{M})}随β、α和\textit{Re}的变化。对时间周期升力信号进行快速傅立叶变换（FFT），分析了升力信号的脱落频率特性，并对自转情况下的\textit{C_{M}}值进行了分析。尽管引入了显着的限制和气缸旋转，完全抑制旋涡脱落没有观察到所考虑的参数空间。观察到自转，并变得突出的无量纲旋转率的降低和增加的约束和雷诺数。
2022-12-12 physics.flu-dyn
Vortex motion around a circular cylinder
圆柱绕流中一对反向旋转的点涡的运动形成了一个丰富的非线性系统，常被用来模拟涡脱落。本文给出了相对于中心线对称运动的涡对的动力学哈密顿量的相图--这种情况可以通过在中心平面上放置一个分离板来实现。该分析提供了新的见解，并揭示了系统的新动力学特征，例如无穷远处的幂零鞍点，其同宿轨道定义了所谓的Föppl平衡的非线性稳定区域。指出适当布置在下游的涡对可以克服圆柱体并向上游无限远移动。此外，Föppl平衡的反对称扰动所产生的非线性动力学进行了研究，并讨论了其与旋涡脱落的关系。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Elasto-visco-plastic flows in benchmark geometries: II. Flow around a Confined Cylinder
本文用 OpenFOAM 有限体积法模拟受限圆柱周围 Saramito-Herschel-Bulkley EVP 流体流动，揭示弹性、屈服应力和阻塞比对屈服区、阻力系数及屈服面形态的影响。
2025-01-11 physics.flu-dyn
An experimental modal testing method for subcritical flow around a cylinder
流体流动的模态分析对于理解流动物理和流固相互作用机理以及实现流动控制是必不可少的。与不稳定流动不同，亚临界流动的固有衰减导致实验上无法清楚地提取亚临界流动模式。为此，本文提出了一种亚临界流模态试验方法。利用动态模态分解（DMD）方法，首次从实验上提取了亚临界雷诺数下圆柱绕流的主导模态。所提取的模态结构和参数与文献中的数值结果吻合较好。结果表明，当雷诺数低至19.3时，可以观察到一阶vonKármán模态，这一数值非常接近亚临界涡激振动（VIV）的下限。这一实验观测阐明了在亚临界流动中冯卡门模式和流-固相互作用不稳定性之间的相关性。
2022-05-26 physics.flu-dyn
Four-vortex motion around a circular cylinder
本文用解析和数值方法研究了均匀绕流中两对反向旋转点涡的运动。当动力学被限制到对称子空间-一种情况下，可以实现实验通过放置在中心平面的分离板-，它被发现，有一个家庭的线性稳定平衡相同的签署涡对。研究了对称子空间中的非线性动力学，给出了几种轨道类型。这里报道的分析提供了新的见解，并揭示了新的功能，这个四涡系统，如事实上，有两对相反的符号在圆柱体的相对两侧的涡没有平衡。(It有人认为，这种平衡可能存在的涡流通过一个圆柱限制在一个通道。）此外，一个新的家庭的相反签署的正常线上的平衡报告。对反对称扰动进行了稳定性分析，结果表明在这种情况下所有平衡点都是不稳定的。
2013-06-04 physics.flu-dyn
Towards PR-DNS of scour around a wall-mounted cylinder in turbulent open channel flow
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Bremen（不来梅大学）
研究通过PR-DNS模拟湍流开放渠道流中壁挂圆柱对颗粒分布的影响，发现圆柱引发强烈涡旋结构和增强的涡流强度，改变局部壁面剪切应力，并影响颗粒浓度分布。
2026-04-17 physics.flu-dyn
Two-dimensional compressible viscous flow around a circular cylinder
对圆柱绕流的可压缩粘性流动进行了直接数值模拟。本研究考虑二维，无激波连续流，通过改变雷诺数在20和100之间和自由飞行马赫数在0和0.5之间。结果表明，在临界雷诺数以上和以下的情况下，可压缩性的影响延长近尾迹脱落的二维流动。当雷诺数接近这个临界值时，尾流伸长变得更加明显。此外，我们确定的增长率和频率的线性不稳定的情况下，临界雷诺数以上。从分析中可以观察到，在时间周期性的完全饱和流中，随着雷诺数从其临界值增加，Bénard-von Kármán涡街的频率从线性稳定性分析中发现的主导不稳定频率增加，即使对于所考虑的低雷诺数范围。我们还注意到，压缩效应降低了线性增长阶段的增长率和主频。给出了圆柱绕流线性化后增长率和主频率随雷诺数和自由飞行马赫数变化的半经验函数关系。
2017-05-24 physics.flu-dyn
Flow and air-entrainment around partially submerged vertical cylinders
本文实验研究部分浸没垂直圆柱体匀速运动时的阻力与自由表面变形，揭示空腔和尾流两种空气卷入模式，并给出空腔卷入临界速度的标度关系及高弗劳德数下阻力随Fr线性变化的规律。
2019-05-20 physics.flu-dyn
Nudging-based data assimilation of the turbulent flow around a square cylinder
通过求解非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程，研究了Re = 22000时正则方柱绕流的湍流.通过应用涉及闭环控制项的数据同化技术，克服了URANS建模的局限性，从而使URANS预测更接近参考数据。利用从DNS中提取的规则间隔的时间分辨参考数据，我们评估了数据同化方法在改善非定常URANS预测中的能力。在改善尾流的低频振荡的同时，我们还展示了恢复开尔文-亥姆霍兹不稳定性的高频动力学的能力。系统地研究了参考数据空间分辨率的影响。提高感兴趣的流动结构的预测所需的数据分辨率与它们的波长有关。使用一个圆柱体长度的顺序之间的数据点的间距，我们已经观察到同步的低频涡脱落，导致显着减少的时间和频谱误差计算的频谱适当的正交分解。此外，提高精度方面的平均流量预测的URANS实现。使用Kelvin-Helmholtz涡旋波长量级的间距，我们甚至恢复了基线模拟中不存在的剪切层结构。
2021-10-20 physics.flu-dyn
Instabilities in flow through and around a circular array of cylinders
School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-sen University（中山大学航空航天学院）；School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学机械工程学院）；Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学机械工程系）
研究圆柱圆阵中流动的不稳定性，通过DNS和线性稳定性分析，探讨不同排列密度下涡旋脱落的起始条件，发现三种不同流 regime。
2026-03-31 physics.flu-dyn
Equivalent slip length of flow around a super-hydrophobic cylinder
Dongguan University of Technology（东莞理工学院）；National Center for Applied Mathematics in Hunan, Xiangtan（湖南应用数学中心湘潭分中心）；Wuxi Institute of Communications Technology（无锡通信工程研究院）；Southwest University of Science and Technology（西南科技大学）；Xiangtan University（湘潭大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
本文通过二维数值模拟研究超疏水圆柱绕流，引入克努森数建立等效滑移长度与雷诺数、气体分数及单体长度/半径比的定量关系，验证了滑移长度模型对滑移-无滑移交替模型的有效近似性。
2025-11-11 physics.flu-dyn
Structure of turbulence in the flow around a rectangular cylinder
本文研究了矩形柱体分离和再附湍流，以描述小尺度和大尺度对速度脉动维持机制的贡献。这项工作是基于各向异性广义Kolmogorov方程（AGKE），精确的预算方程的二阶结构函数张量在空间的尺度和物理空间。尺度空间的能量通量表明，正向和反向的能量转移同时发生在流动中，有趣的建模的影响。在纵向圆柱体一侧，前缘剪切层的Kelvin-Helmholtz不稳定性产生大的展向涡卷，这些涡卷被拉伸成发夹状涡，并最终预锻成较小的流向涡。速度波动的独立源作用于不同的尺度。流动动力学主要由压力-应变控制：在再附着区中，圆柱表面上的流动冲击在非常靠近壁面处产生展向速度波动，并且在较大的壁面距离处，使它们重新定向，以产生流向排列的涡流。在近尾流中，大的类冯卡门涡从后缘脱落，并与较小的湍流结构共存，每个湍流结构都有自己独立的产生机制。在后缘，壁面的突然消失改变了湍流的结构：流向涡逐渐消失，而靠近壁面的展向结构由于压力应变突然转变为垂直波动。
2022-07-12 physics.flu-dyn
Linear Stability of the 2D Irrotational Circulation Flow around An Elliptical Cylinder
在这篇文章中，我们证明了一个线性无粘阻尼的结果与最佳衰减率的二维无旋环流绕椭圆柱。在我们的结果中，渐近速度场的所有分量不再为零，渐近流线不再是椭圆。
2020-08-08 math.AP physics.flu-dyn
On flow disturbances caused by pressure taps in highly elastic flows around a microfluidic cylinder
Universidade do Porto（波尔图大学）；Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto（波尔图大学工程学院）
本研究通过微PIV和条纹成像实验，发现压力测压孔会引发粘弹性流体绕微圆柱的横向不对称流动，且宽测压孔更易触发，揭示了测压孔设计与流动干扰间的必要权衡。
2024-09-17 physics.flu-dyn
Non-Uniform Suction Control of Flow around a Circular Cylinder
在本研究中，通过优化进行了数值研究，以确定有效的非均匀抽吸剖面，以控制雷诺数4<Re<188.5范围内圆柱体周围的流动。探讨了几个目标，即分离角、总阻力和压阻的最小化。这是为了确定非受控流量特性与优化抽吸控制参数之间的关系。实施了各种非均匀吸力配置，并与均匀吸力的基准性能进行了比较。确定了最佳非均匀吸力剖面由具有单一轨迹和紧凑支撑的分布组成。用于优化控制的气缸表面上的抽吸中心以及实现每个目标所需的抽吸量随着雷诺数以及不受控流的分离角而显著变化。然而，这些都遵循可预测的关系。非均匀吸力剖面在消除边界层分离方面效率更高，需要去除少于一半体积的流体作为均匀控制来实现相同的目标。无论采用哪种控制方法，减小总阻力所需的净吸力都比消除分离所需的净吸力要少。虽然边界层分离总是可以防止的，但它的消除并不总是导致总阻力的改善，在某些情况下反而增加了总阻力。
2019-06-22 physics.flu-dyn
Optimizing Flow Control with Deep Reinforcement Learning: Plasma Actuator Placement around a Square Cylinder
本文提出基于深度强化学习的主动流动控制方法，通过优化方柱上多个等离子体激励器的交流电压配置，在Re=100和180时分别将平均阻力系数降低97%和99%，并完全抑制涡脱落。
2023-09-17 physics.flu-dyn
Reconstruction of irregular flow dynamics around two square cylinders from sparse measurements using a data-driven algorithm
我们提出了一种数据驱动的算法，用于从稀疏的、时间分辨的、尾流中的速度测量中重建两个并排方柱周围的不规则的、混沌的流动动力学。我们使用适当的正交分解（POD）降低问题的维数，然后探索两种不同的重建方法：在第一种方法中，我们使用子空间系统辨识算法n4sid直接从数据（包括建模和测量误差协方差矩阵）中提取线性动态模型，然后采用卡尔曼滤波理论合成线性最优估计。在第二种方法中，使用n4sid直接识别估计器矩阵。一个系统的研究表明，第一种策略优于第二重建精度，鲁棒性和计算效率方面。我们还考虑了传感器的位置问题。一个贪婪的方法的基础上的QR枢转算法相比，对传感器放置在POD模式的峰值，我们表明，前者的方法是更准确地恢复远离气缸的流量特性。我们证明了一个线性动态模型，具有足够大的状态和相对较少的测量，可以准确地恢复复杂的流动特征，如不规则的拍打运动的射流从间隙与从气缸脱落的涡流的相互作用，以及下游的卷积图案所产生的合并的个人唤醒。所提出的方法完全是数据驱动的，没有可调参数，并且所得到的矩阵是唯一的（在状态向量的线性坐标变换内）。该方法可以直接应用于实验或计算数据。
2022-09-07 physics.flu-dyn
Mean-Flow Adjoint Sensitivity Analysis of Unsteady Flow Around Porous Cylinders Using a Homogenized Lattice Boltzmann Method
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
针对非定常湍流伴随敏感性分析中的计算瓶颈，提出基于均质化格子玻尔兹曼方法（HLBM）的平均流伴随敏感性分析框架，采用Brinkman惩罚法模拟多孔结构，在层流到湍流（Re=3900）中验证了阻力与能耗梯度，并利用自动微分生成含亚格子模型的伴随核。
2026-07-01 physics.flu-dyn
Deep Reinforcement Learning for Active Flow Control around a Circular Cylinder Using Unsteady-mode Plasma Actuators
深度强化学习（DRL）算法正在迅速进入流体力学，这些技术在广泛的科学和工程应用中取得了显着成就。在本文中，深度强化学习（DRL）代理已被用于训练人工神经网络（ANN），使用计算流体动力学（CFD）数据执行围绕二维圆柱的主动流动控制（AFC）。在雷诺数Re_D = 100的条件下，采用A2C算法，通过在分离点附近的圆柱表面布置两个对称的等离子体激励器，研究了流动控制策略。DRL代理通过操纵两个等离子体致动器的无量纲突发频率（f^+）与计算流体动力学（CFD）环境交互，并且时间平均的表面压力被用作对深度神经网络（DNN）的反馈观察。结果表明，使用恒定的无量纲突发频率的常规致动给出了21.8%的最大减阻，而DRL代理能够学习控制策略，实现22.6%的减阻。流场分析表明，减阻过程伴随着强烈的流动再附，尾迹区的平均速度幅值和速度脉动显著减小。这些结果证明了深度强化学习（DRL）范式在执行主动流量控制（AFC）方面的强大能力，并为开发适用于实际应用的强大流量控制策略铺平了道路。
2020-12-18 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
Reduced-order modelling of parametrized unsteady Navier-Stokes equations and application to flow around cylinders with periodic changing boundary conditions
Tsinghua University（清华大学）
针对非定常流动预测难题，提出基于POD和RBF的降阶模型，在周期性变化边界条件的绕柱流动中实现CPU时间减少99%以上且精度损失低于5.2%。
2026-05-27 physics.flu-dyn
Effects of Cavitation on Karman Vortex Behind Circular-Cylinder Arrays
利用分子动力学模拟研究了空化对圆柱阵列绕流的影响。空化对旋涡脱落特性有显著影响。随着空化的发展，作用在圆柱体上的振动减小并最终消失。进一步的空化发展在气缸旁边产生更长的蒸汽区域，并且在离气缸更远的位置处形成涡街。在没有空化的情况下，相邻的卡门涡在反相中是同步的。这种同步被空化削弱，并且可以诱导非对称尾流模式。这些发现有助于包括圆柱阵列的流体机械的机械设计。
2019-11-14 physics.flu-dyn
Causality analysis of large-scale structures in the flow around a wall-mounted square cylinder
本研究针对壁面安装方柱绕流的大尺度相干结构形成机制，结合本征正交分解降阶模型与条件传递熵分析模态因果关系，发现破涡模态因果性最强，并通过经典近壁湍流模型验证了方法的有效性。
2022-09-30 physics.flu-dyn
Vortex oscillations around a hemisphere-cylinder body with a high fineness ratio
采用大涡模拟和动力学模态分解方法研究了10 ° ~ 80 °攻角下半球-圆柱体绕流的非定常涡。基于主体圆柱直径的雷诺数（Re）为22000。结果表明，在整个迎角范围内，前体都存在涡振荡。该振荡的特征是前体背风涡对上下交替振荡和同相左右摆动。当迎角大于20 °时，在后体处出现旋涡脱落，随着迎角的增大，脱落区域逐渐前移，旋涡振荡区域逐渐缩小，当迎角足够大时，旋涡振荡区域只存在于机头附近。涡激振动和脱落都引起沿机身的侧向力脉动，但涡激振动引起的侧向力较大。在10 o-40 o迎角范围内，St=0.085-0.12，涡振荡频率与涡脱落频率相似，后体流场由涡脱落和前体-涡尾迹共同控制;而在AOA为50 o-80 o时，沿机身的频率明显地分为两个区域，在这两个区域中，前机身上的涡流振荡的频率为0.053- 0.064，后体涡脱落频率为0.16-0.2。DMD分析表明，除平均流外，能量最大的模态分别对应于前体处的涡振荡和后体处的涡脱落，DMD分析得到的频率与快速傅立叶变换得到的侧向力频率一致。涡振荡的时均流场是对称的，不存在明显的不对称性。因此，前体上方的涡对围绕对称的平均流场振荡。
2016-10-09 physics.flu-dyn
Onset of vortex shedding around a short cylinder
本文通过三维DNS和全局LSA研究短圆柱体（长径比0.5-2，Re≤1000）的涡旋脱落起始，发现两种脱落模式及稳态尾流，频率与全局模态对应。
2021-11-14 physics.flu-dyn
Robust and Adaptive Deep Reinforcement Learning for Enhancing Flow Control around a Square Cylinder with Varying Reynolds Numbers
本研究采用Soft Actor-Critic算法对受限方柱绕流进行主动控制，在雷诺数100至400下实现了最高47.0%的减阻并有效抑制涡脱落，证明了DRL在复杂多频流动控制中的适应性与鲁棒性。
2024-09-26 physics.flu-dyn
SPH modeling of natural convection around a heated horizontal cylinder: A comparison with experiments
对低Rayleigh数（$1.18\leq {\rm Ra}\leq 242$）下的水平薄圆柱形热源在填充甘油的细长封闭体中产生的对流进行了实验和数值光滑粒子流体动力学（SPH）分析。实验和SPH计算都是针对源和周围流体之间的正（$0.1\leqΔT\leq 10$ K）和负（$-10\leqΔT\leq -0.1$ K）温差进行的。在所有情况下，都会形成一对稳定的反向旋转涡流，伴随着$ΔT>0$源上方的垂直上升流羽流和$ΔT<0$源下方的垂直下降流。最大流速总是出现在上升/下降羽流中。SPH的预测被认为是可以接受的，以及与根均方误差的速度分布的顺序为$\sim 10^{-5}$ m s $^{-1}$的实验观测相匹配。SPH方法能够揭示流动现象的细节特征，这一事实证明了该方法的正确性。
2020-12-11 physics.flu-dyn
Subcritical insability of viscoelastic flow over a circular cylinder: A numerical study
本文用数值模拟的方法讨论了粘弹性圆柱绕流的不稳定性是亚临界的还是超临界的。采用Oldrophil-B模型描述粘弹性本构关系。采用对数构象重构方法稳定数值模拟。研究的参数范围是雷诺数（$Re$）从5到100和韦森伯格数（$Wi$）从0到10，具有固定的粘度比$β= 0.9$。在两个路径下执行仿真，即，1)增加$Re$（或$Wi$）和2）从一个状态到下一个状态缓慢地和逐渐地减少$Re$（或$Wi$）。结果表明，在一定的参数范围内，即从定常流到非定常流的转变点附近，沿两条路径得到的时均流速等统计解是不一致的。这种加载路径依赖性行为表明流动不稳定性是亚临界的。
2022-08-01 physics.flu-dyn
Finite-Difference Implementation of Inviscid Separated Flows with Infinitely-Long Cusp-Ended Stagnation Zone around Circular Cylinder
本文应用经典的Helmholtz问题对圆柱尖端无粘分离流进行了建模和数值研究。采用两种坐标系：极坐标系用于初始计算，抛物线坐标系作为拓扑学上最适合于无穷大滞止区的坐标系。通过未知自由线的形状进行缩放，将问题呈现为具有固定边界的计算域。给出了Laplace方程和Bernoulli积分的差分格式和算法。获得了阻力系数为$C_x=0$的分离流，类似于所谓的"临界"流。圆柱表面和分离点上的压力分布与速度图法的预测值在定量上进行了很好的比较。
1998-06-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence Closure in RANS and Flow Inference around a Cylinder using PINNs and Sparse Experimental Data
Brown University（布朗大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文研究了使用PINNs和稀疏实验数据改进RANS模型对圆柱周围流体的预测，通过结合PIV和DNS/LES数据，提出了一种基于数据驱动的湍流闭合方法。
2026-09-01 physics.flu-dyn
The slow viscous flow around doubly-periodic arrays of infinite slender cylinders
通过双周期圆柱阵列的缓慢粘性流动没有解析解。然而，作为纤维多孔介质内流动的简化模型，该解决方案对于许多现实世界的系统是重要的。我们渐近确定的双周期阵列的无限长的细长圆柱体周围的流动，通过放置双周期的二维奇异性的解决方案内的圆柱体和扩展的圆柱体的表面上的圆柱体半径的权力的无滑移条件。渐近解提供了一个封闭形式的估计流量和力的半径和尺寸的细胞的函数。的力相比，从格子Boltzmann模拟的低雷诺数的流动在相同的几何形状的结果，和无滑移条件的准确性的表面上的圆柱体，预测的渐近理论，检查。最后，作为几何参数的函数的细胞的流动，通量，力和有效渗透率的行为进行了研究。的渐近渗透率的结构是一致的与其他模型的流动平行的棒阵列。这些模型可以用来帮助理解多孔系统内的纤维和系统涉及周期性阵列，如确定性的横向位移组成的流动。
2023-01-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
AC electrokinetic phenomena over semiconductive surfaces: effective electric boundary conditions and their applications
导出了漏电电介质上交流电动（ACEK）现象的电动边界条件（即，半导体）表面。这样的边界条件使在具有任意波形的AC电场下跨电容器-电解质界面（由电解质溶液内的双电层（EDL）和半导体内的空间电荷层（SCL）组成）的电势相关。本动电边界条件允许评估由来自泄漏介电材料的键合电荷（由于电极化的强度）和自由电荷（由于导电）贡献的感应zeta电位。随后，我们展示了这些边界条件在分析半导体圆柱周围的ACEK现象中的应用。得出的结论是，流动环流存在周围的半导体圆柱，并示出更强的交流磁场下，具有较低的频率和周围的圆柱具有较高的电导率。
2010-09-16 physics.flu-dyn
Three-dimensional streaming around an obstacle in a Hele-Shaw cell
本研究发展了 Hele-Shaw 几何微通道中障碍物周围的三维流动理论，发现流动方向随深度变化，并预测速度按距离立方反比衰减，实验验证了该特征与衰减速率。
2022-11-15 physics.flu-dyn
Flow patterns and heat transfer around six in-line circular cylinders at low Reynolds number
采用数值模拟的方法，对六个同轴等温圆柱绕流的流场和换热进行了研究。研究了雷诺数为$100$和普朗特数为$0.7$时中心间距的两个值（$s=3.6d$和$4d$，其中$d$为圆柱直径）。与直列式双气缸配置类似，在该范围内，流动和热传递发生转变。在$3.6$和$4$间距比（$s/d$）下，分别确定了两种不同的流动模式：稳定剪切层（SSL）模式和剪切层二次涡（SLSV）模式。在$s/d=3.6$，流型导致下游气缸上的冷流体夹带，从而增强传热。另一方面，在$s/d=4$处，两个稳定的相对剪切层防止下游气缸上的冷流体夹带，减少了它们的热交换。阵列的总时间平均传热提高了25%，从$4$到$3.6$的间距比减小。此外，它被发现，增加的热传递是有关的相移之间的努塞尔时间序列的连续气缸。
2014-10-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Predicting wind pressures around circular cylinders using machine learning techniques
The University of Sydney（悉尼大学）
自20世纪初以来，由于其工程意义，围绕圆柱的风压测量进行了大量的研究。因此，积累了大量的风压数据集，这为使用机器学习（ML）技术来训练模型以预测圆柱周围的风压提供了极好的机会。光滑圆柱体周围的风压主要是雷诺数（Re）、入射风的湍流强度（Ti）和圆柱体圆周角的函数。以这三个参数为输入，本研究训练了两个ML模型，分别预测平均和波动压力。三个机器学习算法，包括决策树回归，随机森林，和梯度提升回归树（GBRT）进行了测试。GBRT模型在预测平均压力和波动压力方面表现出最佳性能，并且能够对Re范围从10^4到10^6以及Ti范围从0%到15%进行准确预测。人们认为，GBRT模型提供了非常有效和经济的替代传统的风洞试验和计算流体动力学模拟，以确定周围光滑圆柱的风压在研究的Re和Ti范围内。
2019-01-21 cs.LG physics.flu-dyn stat.ML
Competitive dynamics of two erosion patterns around a cylinder
我们的实验研究局部侵蚀的颗粒床附近的一个固定的垂直圆柱，出现从床上。在圆柱体底部产生的侵蚀的开始，通常归因于包裹马蹄涡是由流动收缩效应确定和合理化。我们报告了一个新的腐蚀模式可见的圆柱体，由两个并排的细长孔下游。这种模式被观察到的马蹄形冲刷开始，其增长通常会抑制其时空发展的流量制度。
2018-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Re-orienting the Turbulent flow over an Inclined Cylinder of Finite Aspect ratio
实验研究了后掠圆柱体周围的湍流流动，使用一个或两个小的扫掠射流，这些射流与表面相切并与圆柱体的轴线正交，从而产生克服对称平面的自然回复力的偏航力矩。从积分力平衡数据可以看出，用这种方式可以产生大的偏航力矩系数，其结果可以用于加油杆的定向和姿态控制，从而避免了目前在空军加油机上使用的H形操纵面。利用表面油流显示技术和二维粒子图像测速技术对圆柱体背风面射流与流动的相互作用进行了研究。的相互作用及其结果的敏感性的变化的方位角位置的致动器进行了研究。
2023-01-29 physics.flu-dyn
Getting jammed in all directions: Dynamic shear jamming around a cylinder towed through a dense suspension
本文介绍了在玉米淀粉和蔗糖-水的浓悬浮液中拖曳圆柱体的实验结果。重点放在干扰的前线，存在于这样的系统。文献集中在推，拉或剪切条件下的堵塞区域的传播独立。不同的锋面如何相互作用，以及锋面在同时产生时是否对称，这些都是未被探索的。调查这是我们的主要目标。通过当前的设置，我们能够看到圆柱体周围的连续准二维场。因此，提出了一种新的方法来产生干扰前沿，从而可以同时检查推，拉和剪切。与以前的研究一致，前传播大约两倍的速度在纵向方向相比，横向方向，这是由于一个单一的潜在的发病应变，无论从气缸的方向。虽然干扰锋表现出近乎完美的横向对称性，但存在明显的纵向不对称性。这在速度场和应变场中是明显的，并且在前传播速度和起始应变中也是可检测的。
2021-06-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drag and lift forces on a counter-rotating cylinder in rotating flow
结果报告的运动的实验研究的沉重的圆柱体自由移动的内部充满水的鼓绕水平轴旋转。观察到圆柱体相对于旋转滚筒共同旋转或相反地反向旋转。用粒子图像测速仪（PIV）测量的流量，它被发现，内缸显着改变了整体流场从固体旋转发现的流体填充鼓。在反向旋转的情况下，所产生的升力允许滚筒自由旋转而不与滚筒壁接触。在雷诺数2,500 $<$ Re $<$ 25,000、无量纲旋转速率0.0 $ < α< $ 1.2和间隙与圆柱直径比0.003 $< G/2a <$ 0.5的宽范围内测量自由反向旋转圆柱的阻力和升力系数。阻力系数与以前在均匀流中圆柱上的测量结果一致。然而，在目前的测量中观察到升力系数相当大的值。我们发现升力的增强主要是由壁附近引起的。
2010-04-06 physics.flu-dyn
Sensitivity of the least stable modes to passive control for a flow around an elastically-mounted circular cylinder
本文提出了一种计算流固耦合系统最不稳定模态对局部力灵敏度的方法。利用流固耦合系统的伴随方程计算梯度，并采用谱/ \emph{hp}单元法进行空间离散。该方法被应用到二维不可压缩层流绕弹性安装圆柱定常流动，我们得到的梯度的实部和虚部的最不稳定的特征值相对于位于流域中的任意点的力。在模拟中考虑了选定的质量比和折合速度值，并将结果与相同雷诺数下固定圆柱体的结果进行了比较。我们注意到，流体-结构相互作用系统的灵敏度场可能与其固定结构对应物非常不同，并且在弹性结构的情况下，场根据约化速度而变化很大。最后，灵敏度的结果进行了验证，对线性和非线性模拟的流动与小控制缸放置在根据灵敏度字段选择的位置。敏感性分析的预测与强迫流的线性和非线性结果之间的一致性非常好。在某些情况下，可以完全抑制气缸振动。
2021-10-15 math.OC physics.flu-dyn
Vortex motion around a circular cylinder above a plane
绕固体障碍物的旋涡流动的研究无论从理论上还是从实际应用的角度来看都具有相当大的意义。最近重新引起人们注意的一种几何形状是流过放置在平面壁上方的圆柱体的涡流，在圆柱体的前面可以形成一个静止的再循环涡流，这与通常情况下（没有平面边界）在圆柱体后面出现一个涡对的情况不同。在这里，我们分析的问题，涡流通过一个圆柱附近的墙壁通过透镜的点涡模型。通过共形映射的流体域到一个辅助复平面的环形区域，我们计算的涡旋哈密顿量解析的某些特殊功能相关的椭圆θ函数。然后对模型的均衡进行了详细的分析。的位置的平衡在前面的气缸示出与实验结果定性一致。我们还发现，随着系统参数的变化，相空间中会发生拓扑转变
2017-08-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Estimation of Reynolds number for flows around cylinders with lattice Boltzmann methods and artificial neural networks
本文研究了人工神经网络在圆柱绕流雷诺数（$Re$）估计中的应用。训练人工神经网络所需的数据是用我们自己的格子玻尔兹曼方法（LBM）代码实现的，该代码对圆柱体周围的二维流动进行模拟。作为模拟的结果，我们得到的速度场（$\vec{v}$）和涡度（$\vec{\nabla}\times\vec{v}$）的流体为120个不同的值的$Re$在不同的距离从障碍物测量，并用它们来教人工神经网络预测的$Re$。在所有研究的情况下，网络预测的结果显示出良好的精度与误差小于$4\%$。这种方法的一个可能的应用是开发一种有效的工具来表征堵塞的流动管道。
2018-12-11 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dense granular flow around a penetrating object: Experiments and hydrodynamic model
在这封信中，我们提出了实验结果的二维流场周围的圆柱体穿透到致密的颗粒物质与阻力测量。基于扩展动力学理论的稠密颗粒流的流体动力学模型再现了靠近圆柱体的流动局部化和相应的拖曳力的缩放，发现其不依赖于速度，而是线性地依赖于压力和圆柱体直径，并且弱于晶粒尺寸。这种制度被认为是有效的，在一个足够低的“颗粒”雷诺数。
2011-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling the compressible flow field of an impulsively started circular cylinder with refined potential flow theory
Kwara State University（克瓦拉州立大学）；Jordan University of Science and Technology（约旦科技大学）
该研究提出改进势流理论的解析模型，用于模拟突然启动圆柱的可压缩流场，可高效预测高速绕流的尾流、湍流及激波，计算量低于全模拟。
2026-08-21 physics.flu-dyn
The oscillating and vibrating cylinder: a benchmark to study low Mach number aeroacoustics
本文以振荡与振动圆柱为基准，推导了完整不可压缩流动解析解，并用高阶有限元方法验证，揭示了该构型在临界雷诺数以下仅由Stokes数决定，进而计算了远场声辐射的精确表达式。
2024-08-08 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
A hybrid Lagrangian -- Eulerian flow solver applied to elastically mounted cylinders in tandem arrangement
以串列圆柱流固耦合为验证基础，建立了多域拉格朗日-欧拉混合流场求解器。在这种混合组合中，在每个实体周围定义有限宽度的单独网格，在该网格上使用有限体积近似求解欧拉流动方程。为了互连由网格定义的域，在拉格朗日坐标中描述整个流动，并且通过完全耦合模式中的粒子近似与欧拉网格内的解求解相应的方程。在圆柱体弹性支承的情况下，流动求解器也与结构动力方程强（隐式）耦合。在目前的工作中，欧拉部分解决了可压缩流方程的密度-速度-压力配方，并使用预处理在低Ma，而拉格朗日部分是基于密度-膨胀-涡度-压力配方。首先在$Re=100$上对孤立刚性圆柱体的混合求解器进行验证。然后考虑在$Re=200$处单个弹性安装的气缸的情况，接着考虑刚性或弹性安装的串联布置的两个气缸的情况。与光谱和浸入边界法产生的结果吻合良好，表明混合预测的能力。同时，通过允许网格重叠，证明了该方法在处理复杂的多体流固耦合问题时的灵活性。
2022-07-07 physics.flu-dyn
Creeping flows through confined arrays of cylinders
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Southern California（南加州大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究结合实验与数值模拟，探究受限圆柱阵列的蠕动流，揭示受限条件可聚焦流动并改变流态范围，提出的解析模型能定量预测相对流量，为覆毛表面研究及仿生器件设计提供支撑。
2026-09-02 physics.flu-dyn
Vortex shedding suppression in elliptical cylinder via reinforcement learning
本文利用深度强化学习研究受限椭圆圆柱的多目标流动控制，发现大长径比和低阻塞比条件下可有效减阻、抑制升力波动并完全消除涡脱落，同时保持低能耗，为细长钝体尾流稳定控制提供了新思路。
2025-07-21 physics.flu-dyn
