Reconnection of Vortex Tubes with Axial Flow
本文采用数值模拟的方法研究了含有轴向流的反平行涡流管的相互作用，这种轴向流引起涡流线绕管轴扭转。涡流管配置与相同和相反的意义上的扭曲-对应于相同和相反的符号的动力学螺旋度密度-被认为是。结果表明，重联过程的拓扑结构在两种情况下有很大的不同。对于具有相同扭曲方向的管，重连是完全三维的（3D）：涡线以有限的角度重新连接，并且可能产生3D涡零点。在重联之后，桥结构和螺纹结构中的涡线拓扑都表现出高度的复杂性。对于扭转相反的管的重联是局部二维的，发生沿涡度零线，在相反的情况下，非扭转不垂直于管轴。这导致在重联期间产生的两个涡桥之间的对称性的破坏。对于所研究的所有情况，增加涡流管中的扭曲导致更晚，更快，更完整的重连过程。
2019-01-10 physics.flu-dyn
Wavelet Analysis of Vortex Tubes in Experimental Turbulence
本文提出了一种用一维湍流实验数据研究涡流管的新方法。涡管被检测为局部最大值的小波变换的速度数据的尺度空间图。然后，可以提取典型的速度模式。在风洞中获得的数据的结果与三维直接数值模拟的结果是一致的。
2001-11-13 physics.flu-dyn
Lattice gas automaton modelling of a vortex flow meter: Strouhal-Reynolds number dependence
基于近年来有关旋涡脱落式流量计后旋涡三维结构的实验和计算结果[M。Reik等人，福施工程师74，77（2010）]，我们研究了斯特劳哈尔-雷诺数的依赖性在两个维度的涡街后，一个椭圆形的物体，采用两种类型的Frisch-Hasslacher-Pomeau（FHP）模型。我们的几何形状是为了在二维设置中再现旋涡脱落流量计的操作，从而防止三维旋涡结构的形成。特别是，我们检查，如果异常的三个维度的Stroolds-Strouhal数的依赖性报告也可以在我们的二维模拟中找到。由于我们发现，斯特劳哈尔数几乎是独立的雷诺数在这个特定的设置，我们的研究结果提供了支持的假设，三维流动结构是负责的依赖性，从而暗示在管道直径的重要性，工业涡流流量计的准确操作。
2017-01-30 physics.flu-dyn
Experimental study on Vortex-Induced Vibration of Cylinder at Subcritical Reynolds Number
近年来的数值模拟结果表明，在亚临界雷诺数下，涡激振动（VIV）是可以发生的。在雷诺数低至Re = 20时，数值模拟观察到涡激振动。本文的研究为圆柱体的亚临界涡激振动提供了实验依据。我们设计并建造了一个旋转通道，使它能够在亚临界雷诺数进行涡激振动实验。基于旋转通道，进行了固定固有频率变来流速度和固定来流速度变固有频率两组试验。在这两组实验中，观察到亚临界涡激振动和涡激振动可以观察到在雷诺数低至23，这是接近米塔尔的数值结果。
2021-08-23 physics.flu-dyn
Vortex tubes in velocity fields of laboratory isotropic turbulence
在雷诺数为100-300的网格湍流中同时测量了流向和横向速度。我们提取了典型的不透明度模式，这是一致的速度分布的Burgers和Lamb-Oseen涡。这些涡流管的半径估计是几个Kolmogorov长度。
2000-10-24 physics.flu-dyn
Cascades and Reconnection in Interacting Vortex Filaments
在高雷诺数下，两个涡流管之间的相互作用导致强烈的速度梯度，这是流体湍流的核心。这种涡量放大是通过初始涡管的两种不同的不稳定性机制产生的，假设是反平行的，并具有镜像对称平面。在中等雷诺数下，管通过Crow不稳定性而不稳定，非线性发展导致芯体强烈压扁成薄片。然后，这些片材预锻成长丝，长丝可以重复该过程。在较高的雷诺数下，不稳定性通过椭圆不稳定性进行，产生垂直于原始管方向的涡流管。在这项工作中，我们表明，这些相同的过渡之间的乌鸦和椭圆形不稳定性发生在中等雷诺数时，我们改变两个直涡管之间的初始角$β$。我们证明了当两个管之间的角度接近于$π/2$时，管之间的相互作用导致薄涡面的形成。这些片的随后的破裂涉及成对片的扭曲，随后出现小尺度涡旋结构的局部云。在两个管之间的角度$β$的值较小时，击穿机制改变为椭圆级联状机制。而两个涡的相互作用取决于初始条件，细尺度涡结构的快速形成似乎是一个强大的功能，可能是普遍的非常高的雷诺数。
2021-02-22 physics.flu-dyn
A Unified Strouhal-Reynolds Number Relationship for Laminar Vortex Streets Generated by Different Shaped Obstacles
根据对圆柱体在流动肥皂膜中的层流涡脱落的观测，最近提出了一种新的Strouhal-Reynolds数关系式$St=1/(A+B/Re)$。由于新的$St$ - $Re$关系式是从一般的物理考虑导出的，因此它提出了一种可能性，即它可能适用于除圆形物体以外的物体的旋涡脱落。本文提出的工作提供了实验证据，这是这种情况。我们的测量还表明，在渐近极限（$Re\rightarrow\infty$），$St_{\infty}=1/A\simeq0.21$是恒定的独立杆的形状，离开$B$的唯一参数是形状相关的。
2017-08-14 physics.flu-dyn
Modelling of Vortex-Induced Aviation Turbulence
航空湍流被模拟为飞机和涡流管之间的相互作用。涡流管可以具有相对于飞行器的任意取向/偏移。我们比较了飞机模型（i）作为一个点和（ii）具有有限面积（机翼和机身）。我们考虑飞机所经受的垂直加速度和水平加速度。基线涡流管的面积与飞机面积相当。
2019-08-15 physics.flu-dyn
Vortex dynamics and Reynolds number effects of an oscillating hydrofoil in energy harvesting mode
通过大涡模拟（LES）研究了雷诺数为$50,000$时椭圆形水翼正弦升沉和俯仰运动的能量提取和涡动力学。大涡模拟能够捕捉到翼型在大相对攻角下的随时间变化的涡脱落和动态失速特性。计算结果验证实验水槽数据的功率提取和前缘涡（LEV）的位置和轨迹。对于$fc/U_{\infty}=0.1$，在升沉幅度$h_o/c=0.5-1$和纵摇幅度$θ_o=60^{\circ}-65^{\circ}$的范围内，对于$fc/U_{\infty}=0.15$，在$h_o/c=1-1.5$和$θ_o=75^{\circ}-85^{\circ}$的范围内，找到了最佳效率的运动学。与低雷诺数模拟和实验的直接比较表明，$1000$与$50,000$的雷诺数之间的能量收集性能具有很强的一致性，与低雷诺数流相比，高雷诺数流显示出功率的适度$0.8-6.7\%$增加。在高雷诺数的流动中，相干LEV，这是高效率的能量转换的关键，形成较早，稍强，导致更多的功率提取。当LEV脱离翼型后，LEV轨迹与雷诺数相对无关，但与运动学有很强的非线性关系。结果表明，LEV的轨迹高度的垂荡和俯仰振幅以及振荡频率的影响。这对振荡翼片阵列具有强烈的影响，因为相干LEV可以影响下游翼片的能量提取效率和性能。
2020-02-01 physics.flu-dyn
In wind tunnel the reproduction of vortex shedding behind circular cylinders at high Reynolds number regimes is incomplete
本文通过二维粗糙圆柱风洞试验研究高雷诺数下交替涡旋脱落现象的复现问题，利用同步壁面压力测量与双正交分解分析，发现粗糙圆柱技术只能近似全局参数，无法完整复现实际流动状态。
2023-11-21 physics.flu-dyn
Vortex breakdown in the shear-driven flow in a rectangular cavity
通过数值模拟和实验研究了矩形空腔绕流的层流涡动力学特性。流动是三维的，其特征是一个大的，占主导地位的涡流结构，在中等雷诺数下填充了大部分空腔，并沿涡核在轴向方向上产生了微弱但显著的流动。在一定的临界雷诺数以上的空腔内观察到经典的气泡型涡破裂，这是通道宽度的函数。的临界雷诺数的发病击穿被确定为通道宽度的函数，和击穿区域的演变和动态过渡的通道宽度和雷诺数的函数进行了研究。在大空腔宽度，两个涡破裂气泡出现在侧壁附近对称的中心平面，增长，并最终合并雷诺数增加。对于足够大的宽度，涡破裂区域保持良好分离，其结构变得独立的空腔宽度。分析了驻点的稳定性和分岔以及它们向稳定/不稳定极限环的转变，计算了涡流的临界性，表明涡在空腔中的破裂与Benjamin对临界性的解释一致。在中间宽度区域，在临界雷诺数以上出现单个涡破裂泡。在窄宽度区域，流动表现出更复杂的模式。在此宽度范围内，观察到一种具有反向流型的附加涡破裂模式，以及驻点稳定性的多次偏移。实验和数值计算结果还表明了流动对进口条件的敏感性，因此，相对较小的上游不对称性可能导致空腔中涡流破裂行为的显著变化。
2023-02-08 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of the Taylor-Green Vortex interacting with a hydrogen diffusion flame: Reynolds number and non-unity Lewis number effects
本文通过多组DNS研究嵌入TGV的氢扩散火焰，揭示Reynolds数升高引起的涡管演化、火焰热释放与湍流的双向作用，以及非单位Lewis数效应受强湍流抑制的规律。
2023-02-14 physics.flu-dyn
Experimental and numerical characterization of single-phase pressure drop and heat transfer enhancement in helical corrugated tubes
本文研究了不同螺距的波纹管内从层流到湍流的流动，以表征波纹管内的三维流动以及波纹管几何形状对压降和对流换热的影响。以水作为工作流体，并施加壁面热通量，范围从约4至33 kW/m2，用CFD商业软件开发了数值模型，其中k Ω SST用于模拟湍流。进行了实验测试，涵盖雷诺数范围从约300至5000，这使得识别过渡区和验证的数值模型。结果表明，由于旋流器产生的旋流，降低了开始向湍流转变的临界雷诺数。热性能因子，它量化的传热强化的压力降为代价，被用来比较的波纹管与光管的参考情况。基于此，除了层流状态下的低雷诺数（Re<500）外，所有研究的波纹几何形状均优于光滑管。总的来说，具有最小节距的波纹管在雷诺数的中间范围（1000<Re<2300）内表现出明显更好的性能，是过渡和湍流状态中更宽范围的操作条件的最佳选择。
2021-07-16 physics.flu-dyn
Effect of surfactant on elongated bubbles in capillary tubes at high Reynolds number
采用混合前沿跟踪/水平集方法，通过大量的三维数值模拟，研究了表面活性剂对细长气泡在圆形毛细管中传播的尾部和膜动力学的影响.重点是粘惯性制度，这发生在雷诺数的流量是远远大于单位。在这些条件下，“干净”气泡在尾部\cite{Magnini_prf_2017}附近呈现出界面波动，其幅度随雷诺数增加。我们进行了系统的分析，广泛的表面活性剂的性质，包括弹性，散装表面活性剂的浓度，溶解度和扩散性，在惯性效应的存在下的气泡和流动动力学的影响。结果表明，表面活性剂的引入是有效的抑制尾部波动，因为它们往往积累在气泡尾部附近。在这里，产生了大的马兰戈尼应力，这导致了气泡的局部“硬化”。这种效果变得更明显的较大的表面活性剂的弹性和吸附深度。在表面活性剂溶解度降低时，在气泡后部形成较厚的刚性膜区域，在此建立库埃特膜流，而波动仍然出现在下游“清洁”膜区域的后缘。在这种情况下，气泡长度成为一个有影响力的参数，短气泡变得完全刚性。
2020-05-24 physics.flu-dyn
The Reynolds-Averaged Vortex Force Map Method
King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出雷诺平均涡力图方法，通过改进的涡力-压力项和雷诺应力项，实现对湍流、三维RANS流动的涡力图建模，并定量归因于特定涡旋结构。
2026-03-13 physics.flu-dyn
Resonance in vortex-induced in-line vibration at low Reynolds numbers
本文结合流体动力学理论，对圆柱在自由流场中的涡激振动进行了数值模拟。最初，它表明，增加雷诺数从100到250的结果在一个固定的质量比$m^*=5$的峰值响应幅度增加了12倍。随后，$m^*$在180的固定雷诺数下从2变化到20。响应振幅作为折合速度$U^*$的函数，显示出一个单一的激励区域，其峰值振幅约为圆柱体直径的1%，与$m^*$值无关。振动总是由单个涡的交替脱落激发的。我们发展了一个新的模型，包括一个无粘惯性力，准定常阻力，尾流阻力诱导的旋涡脱落。我们的分析表明，尾流阻力适当地捕获了一个渐进的转变，在其相位变化作为一个函数的$U^*$的旋涡脱落的时间，而尾流阻力的大小显示在激发区域内的共振放大。我们使用的理论来说明为什么峰值振幅，发生时的振动频率是等于在静止的流体中的结构频率，不依赖于$m^*$，与我们的模拟，以及以前的实验在雷诺数高于这里考虑。这一新理论提供了迄今为止文献中采用半经验方法无法获得的物理见解。
2020-11-15 physics.flu-dyn
Characteristics of shock tube generated compressible vortex rings at very high shock Mach numbers
可压缩涡环通常形成于激波管的开口端，在其形成、发展和传播过程中，往往表现出一些有趣的现象，这些现象取决于激波的马赫数和出口流动条件。到目前为止，文献中所研究的平移可压缩涡环的马赫数是亚音速的，因为所考虑的激波管压比（PR）相对较低。在本数值研究中，我们着重于低到高涡环马赫数（0.31 < Mv < 1.08）的情况，特别着重于实验中没有报道的非常高的Mv情况，因为在实验室中很难获得。在激波管中以氢气作为驱动段气体，首次获得了超声速可压缩涡环（Mv > 1）。结果表明，在涡环发展的不同阶段，基于SST k-ω的DES湍流模型比以往发表的结果更好地再现了实验观测。DES，这是一个内置的混合LES和RANS的方法被唤起，可以自动切换到亚网格尺度（SGS）模型在LES区域（即具有不同尺度的涡结构）和RANS模型在该区域的其余部分（即网格间距大于湍流长度尺度）。DES模型可以预测剪切层涡的特性，以及反向旋转涡环（CRVR）的实验测量报告。除了通常的CRVR外，在主涡环后面不同径向位置形成多个三相点和相应的滑流剪切层，从而形成多个CRVR，似乎是高马赫数涡环的独特特征。对于形成阶段的高PR、H_2情况，形成一个反循环的涡层（主涡环的涡层）。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Vortex formation and instability in the left ventricle
我们研究了二尖瓣涡环的形成在舒张早期充盈在患者特定的左心室（LV）使用直接数值模拟。左心室的几何形状是从健康人类受试者的磁共振成像（MRI）数据重建的。通过基于细胞的激活方法对左心室运动学进行建模，该方法受到心脏电生理学的启发并产生生理性LV壁运动。在流体动力学视频中，我们详细描述了舒张早期充盈期间形成的二尖瓣涡环的三维结构。环开始变形，因为它向心尖传播，并变得倾斜。尾二次涡管是涡环与LV壁相互作用的结果。这些涡流管围绕圆周缠绕，并开始与二尖瓣涡流环相互作用并使其不稳定。在左室舒张末期，涡环撞击左室壁，大范围的心室内血流沿顺时针方向旋转。首次揭示了二尖瓣涡环的演化是由涡环的侧向变形、两个强度不等的涡管的相互作用、涡管的螺旋度极化和涡核的扭转不稳定性等涡-涡和涡-壁相互作用所控制的。
2011-10-15 physics.flu-dyn
Searching for vortex structures in high Reynolds number turbulence
在非常高的雷诺数湍流的实验研究中，我们发现的证据表明，有区别的涡结构的中间范围内，即Kolmogorov和泰勒微尺度之间，他们确实预计将存在。这些结构是负责的不对称性，并在同一时间，它们有助于湍流统计的不对称性，后者遵循Kolmogorov定律。
2001-11-30 physics.data-an physics.flu-dyn
From the Newton's laws to motions of the fluid and superfluid vacuum: vortex tubes, rings, and others
由于有三个条件（即：（a）速度由无旋分量和螺线管分量之和表示;（b）流体是正压的;（c）含有流体的浴池经历垂直振动），纳维-斯托克斯方程可简化为修正的哈密尔顿-雅可比方程。修改项是Bohmian（量子）势。这种简化为定义一个复值函数提供了可能性，称为波函数，它是薛定谔方程的解。通过与磁矢势的类比，将螺线管分量加到动量算符中，使其自身成为矢势。矢量势由螺线管速度乘以流体单元的质量表示。涡管、环和球以及引导这些物体的波函数都是这个方程的解。涡球沿Bohmian轨迹的运动给出了液滴在流体表面上运动的模型。一种特殊的流体是超流体物理真空。它包含玻色粒子-反粒子对。由正负电子对呈现的涡旋线是主要的力矩对象。涡线束可以将扭矩从一个旋转的圆盘传递到另一个不动的圆盘。
2014-06-20 physics.flu-dyn
Effects of Annulation on Low-Reynolds-Number Flows over an Orthocone
本文数值研究锥面横向环纹对直锥低雷诺数绕流的影响，发现其改变涡脱落转捩临界雷诺数、降低主导频率并增大阻力，且借助POD与SPOD揭示了尾流相干结构差异。
2023-04-25 physics.flu-dyn
Orthogonal and antiparallel vortex tubes and energy cascades in quantum turbulence
我们通过直接观察Gross-Pitaevskii方程数值模拟中的涡度分布来研究量子湍流中的能量级联动力学。通过对涡量分布的各个尺度进行傅立叶滤波，发现大尺度反平行涡管产生与大尺度反平行涡管正交的小尺度涡管，这是能量从大尺度到小尺度级联的表现。我们揭示了在这些过程中的量子化涡旋线的动力学。
2018-07-14 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Deep learning based on PINN for solving 2 D0F vortex induced vibration of cylinder with high Reynolds number
涡激振动广泛存在于自然界和工业领域。解决涡激振动问题的主要方法是数值模拟和实验方法。然而，实验方法难以获得整个流场的信息，且成本高，而数值模拟方法则非常耗时，且仅限于低雷诺数和简单的几何构型。此外，数值模拟很难处理移动网格技术。本文提出用物理信息神经网络（PINN）来求解高雷诺数圆柱的涡激振动和尾流诱导振动。与传统的数据驱动神经网络相比，通过引入附加的湍流涡动粘性，将雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程与结构动力学方程耦合到损失函数中。通过计算流体动力学（CFD）技术获得训练和验证数据。提出了三种方案来验证PINN在解决圆柱涡激振动和涡激振动方面的性能。首先，通过有限的力和位移数据计算刚度参数和阻尼参数;其次，通过离散的速度信息推断流场和升力/阻力;最后，基于LSTM，仅通过升力和阻力就可以直接预测位移。结果表明，与传统的神经网络方法相比，PINN方法在涡激和涡激情况下对未知参数和高雷诺数流场的推断和重构方面更有效。
2021-06-03 physics.flu-dyn
The effect of Reynolds number on the separated flow over a low-aspect-ratio wing
本文在雷诺数600至10000范围内研究低展弦比机翼前缘分离流与翼尖涡的相互作用，发现Re=2500时周期性被打破且小尺度涡增强，而更高雷诺数下气动力等诊断量敏感性降低，归因于翼尖涡的稳定作用。
2024-08-09 physics.flu-dyn
Newtonian-like behavior of starting vortex flow in superfluid helium at high Reynolds numbers
本文实验研究了超流氦-4中翼型加速产生的起动涡，发现在特定雷诺数和时间尺度下其行为与牛顿流体中的经典流动高度相似，证明超流氦可用于研究经典牛顿流动。
2025-06-06 physics.flu-dyn
Coherent-vorticity Preserving Large-Eddy Simulation of trefoil knotted vortices
受Kleckner和Irvine实验的启发，我们对三叶结形涡进行了相干涡量保持大涡模拟。在本研究中，流动参数空间被扩展，包括在Re = 2000 - 200000范围内的循环雷诺数的变化，其中Re = 20000是在实验中使用的值。用参数方程定义了三叶结对应的涡线，并采用毕奥-萨伐尔定律对速度场进行初始化。的CvP LES计算显示出良好的定性匹配与实验。特别是，涡纠缠过程中准确地表示，以及随后的分离的主涡在两个不同的结构-一个小的和一个大的涡-具有不同的自平流速度，已被量化。小涡旋的传播速度比携带大量涡量的大振荡涡旋快。涡破裂前的平流速度被发现是独立的雷诺数。与较高雷诺数计算相比，低雷诺数计算导致破裂后分离涡速度降低。能谱的计算强调了爆发过程中从大尺度到小尺度的强烈能量传递。体积平均涡度拟能的演化表明，当雷诺数足够大（Re>20000）时，爆发导致在流动中持续很长时间的小尺度的产生。低雷诺数Re = 2000的情况下，阻碍了小尺度的产生，在爆裂过程中，并产生基本上层流动力学。在Re = 200000时，可以观察到由于纠缠过程而引起的背景湍流的开始
2017-12-06 physics.flu-dyn
Numerical simulation for axis switching of pulsating jet issued from rectangular nozzle at low Reynolds number
本研究数值分析了低雷诺数下矩形喷嘴脉动射流的轴线切换现象，揭示了不同宽高比下涡环变形与配对导致45度和90度轴线切换的机制，从而增强流动混合效应。
2023-11-20 physics.flu-dyn
Vortex shedding in high-Reynolds-number axisymmetric bluff-body wakes: local linear instability and global bleed control
我们研究了大规模的螺旋涡脱落制度在高雷诺数的轴对称体与钝后缘的尾流，无论是实验和本地，线性，时空稳定性分析。在不稳定性分析中，我们考虑了体底后基流的详细下游演变。研究证实了尾流近场中第一个方位角数的绝对不稳定性存在一个有限区域。这种不稳定性被认为是触发回流区下游的大尺度螺旋涡脱落的原因。通过将给定流速的流体吹过细长体的基部来检查对旋涡脱落的抑制。流动的局部绝对区域的范围是作为泄放系数$C_b=q_b/(πR^2u_\infty)$的函数计算的，其中$q_b$是泄放流速，$R$是底部半径，$u_\infty$是入射自由流速度。结果表明，基本流成为对流不稳定的$C_b^*\sim 0.13$的排放系数的临界值的任何地方，这样没有自激制度预计$C_b>C_b^*$。此外，我们报告的流动可视化和热线测量的实验结果，增加值的出血系数。当应用足够量的底部排气时，流动显示表明，涡脱落被抑制，平均流变为轴对称。线性不稳定性分析预测的临界泄放系数在本文分析的雷诺数范围内落在实验值之内。
2019-12-15 physics.flu-dyn
Revisit viscous shock tube at low Reynolds number
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Shenzhen Research Institute, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学深圳研究院）
本文研究低雷诺数下粘性冲击管中的非平衡现象，通过统一气体动力学方案与NS解的对比，揭示了多尺度非平衡传输的重要性，强调了多尺度方法的必要性。
2026-04-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Suppression of vortex shedding using a slit through the circular cylinder at low Reynolds number
本文的目的是研究在层流区（Re=100-500）使用被动流动控制技术（穿过圆柱体的狭缝）抑制旋涡脱落。改进圆柱体上的缝宽比S/D（缝宽/直径）对控制旋涡脱落起着至关重要的作用。通过狭缝的附加流动导致整体不稳定性和旋涡脱落的抑制，而大量的通过狭缝的流动急剧改变旋涡脱落的行为。对于所有S/D，旋涡脱落的性质保持周期性，并且升力系数的均方根（rms）值随着S/D减小（反过来，旋涡脱落抑制），直到Re = 300。当Re > 300时，升力系数的均方根值在S/D < 0.15时减小，流动表现为周期性涡脱落;当S/D > 0.15时，升力系数的均方根值由于圆柱下游的不规则涡脱落而增大。S/D=0.20时Re的变化显示了分叉点，在此点处，流动在Re=232时从对称变为非对称解，在Re=304时再次变为对称解。对改进圆柱体的非定常流动分析也表明了对旋涡脱落的抑制;然而，该分析提供了抑制的定性性质。降阶模型，即本征正交分解（POD）和动态模式分解（DMD），被用来量化抑制和调查的主导涡结构的狭缝通过圆柱。
2021-07-13 physics.flu-dyn
The Full Nonlinear Vortex Tube-Vorton Method: the post-stall condition
本文针对失速后条件改进了全非线性涡管-涡子方法（FTVM）的力计算，提出基于纯涡量和速度的低阶数值方法，准确近似复杂尾流动力学并简化低速空气动力学理解。
2025-07-10 physics.flu-dyn
Vortex breakdown in a hydro turbine draft tube swirling jet
Hydro Energy and Applied fluid Dynamics (HEAD) Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
研究水轮机尾水管旋流射流中涡旋破裂现象，揭示了涡旋绳的形成与亚临界解及滞后环的产生，通过临界分岔分析阐明了回流气泡的动态变化。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Shock accelerated vortex ring
激波与球形密度不均匀体的相互作用通过斜压涡度的脉冲沉积导致涡环的发展。目前的流体动力学视频显示这种现象，并在威斯康星州激波管实验室（WiSTL）的9.2米，向下射击激波管进行了实验研究。该管具有方形内部横截面（0.25 m x 0.25 m），具有用于光学访问的多个熔融石英窗口。球形肥皂泡是由一个可伸缩的注射器产生的，并释放到自由落体200毫秒前的初始冲击加速。向下运动的M = 2.07的冲击波使气泡冲动地加速并从管端壁反射。反射的冲击波使气泡重新加速（再冲击），气泡现在已经发展成涡环，沉积了额外的涡量。在没有任何流动扰动的情况下，反射激波后面的流动是静止的。因此，任何观察到的涡环运动都是由于环流造成的。冲击涡环成像在12,500 fps的平面米氏散射。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Low-Reynolds number swimming in a capillary tube
本文用边界元法研究了球形模型微生物在圆管中的低雷诺数运动。游泳者在半径与游泳者大小相当的管中通过切向或法向表面运动推进自身。流体动力学与管壁的相互作用显着影响的平均游泳速度和功耗的模型微生物。在平行于管轴游泳的情况下，运动速度总是降低（分别为）。增加）的游泳运动员与切线（分别）。正常）变形。在所有情况下，游泳所需的工作率都因禁闭而增加。游泳者没有力偶极子在远场一般遵循螺旋轨迹，仅引起流体动力学与管壁的相互作用，并在定性协议与最近的实验观察草履虫。拉力类型的游泳者总是在一个取决于其力偶极子强度的位置上表现出稳定的运动：具有弱偶极子（小α）的游泳者在管中心游泳，而具有强偶极子（大α）的游泳者在管壁附近游泳。相比之下，推进式游泳者和那些采用正常变形的人是不稳定的，最终会撞到管壁上。类似的动态观察到游泳到一个弯曲的管。这些结果可能是相关的未来设计的人工微泳在有限的几何形状。
2013-04-29 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of inflow conditions on tip vortex breakdown in a high Reynolds number wind turbine wake
实验研究不同来流条件下高雷诺数风力机尾流叶尖涡破裂，发现湍流强度和叶尖速比显著影响涡破裂，而平均剪切影响较弱。
2025-02-28 physics.flu-dyn
Temperature Separation in a Vortex Tube and convection driven by vorticity
本文研究涡流管中温度梯度偏离绝热梯度的原因，提出涡量可像温度一样影响可压缩流体微团的压力与密度，并揭示高涡量气体脱离壁面后在轴线附近经多次碰撞实现温度分离的机制。
2024-02-28 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Impact of perturbed eddy-viscosity modeling on stability and shape sensitivity of the hydro-turbine vortex rope using linearized Reynolds-averaged Navier-Stokes equations
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本文研究了扰动涡粘性模型对水轮机涡旋绳稳定性及形状敏感性的影响，发现其对敏感性控制至关重要。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Advances and Outlooks of Heat Transfer Enhancement by Longitudinal Vortex Generators
在过去的几十年里，使用延伸表面（翅片）的传热强化受到了相当大的关注。纵向涡发生器（LVG）是一种新型的强化传热技术，自20世纪90年代以来受到广泛关注。它由一种特殊类型的延伸表面激活，该表面可以产生轴线平行于主流方向的涡流。旋涡是由流动分离和摩擦引起的强旋转二次流产生的。本文介绍了LVG的研究和应用现状。主题报导包括在直通道和在换热器中的热传递增强。在后者中，有板和波浪形翅片管换热器、翅片管和椭圆管换热器以及具有多排管的翅片管换热器。最后讨论了LVG强化传热的发展趋势和发展方向。
2016-03-05 physics.flu-dyn
An axisymmetric steady state vortex ring model
基于Atanasiu等人（2004）的解，本文通过求解柱坐标系下无粘不可压缩流体的涡量输运方程，推导了轴对称涡流的理论模型。该模型可以描述在中等高雷诺数下具有特定边界条件的各种轴对称流动。本文给出了一个例子：高雷诺数层流涡环。该模型可以代表一个家庭的涡环指定的模量函数使用瑞利分布函数。通过数值计算，说明了该涡环族的特征。为了验证，模型结果比较以及与最近的直接数值模拟（DNS）的涡量分布和流线图案，涡核和气泡的横截面积，通过涡中心的径向涡量分布。最重要的是，涡量廓线的不对称性和椭圆轮廓被很好地捕捉到。
2016-01-24 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of a cylinder cutting a vortex
本文通过直接数值模拟研究细圆柱垂直切割柱状涡旋的相互作用，区分强弱涡两种状态，并分析撞击参数、雷诺数对涡结构和流体动力的影响，揭示涡-体相互作用机制。
2024-04-01 physics.flu-dyn
Vortex dynamics under pulsatile flow in axisymmetric constricted tubes
更好地了解如何涡的发展和传播下脉动流可以揭示重要的混合和运输过程，包括过渡到湍流制度发生在这样的系统。例如，阻塞动脉模型中脉动流的表征有助于鼓励对与形态学、血液粘度、壁弹性和流速变化相关的流动诱导现象的研究。本文采用轴对称刚性模型研究了不同收缩度（$d_0$）、平均雷诺数（$\bar{Re}$）和Womersley数（$α$）下的流动特性。采用数字粒子图像测速仪（Digital Particle Image Velocimetry）实验获得速度场，并进行数值模拟。对于数据的采集，$\bar{Re}$在385至2044之间变化，$d_0$为1.0 cm和1.6 cm，并且$α$在实验中在17至33之间变化，在数值模拟中在24至50之间变化。所考虑的雷诺数的结果表明，流型包括两个主要结构：围绕管轴的中心射流和邻近管内壁的回流区，其中涡流脱落。使用涡量场，跟踪涡的轨迹，并计算它们在其寿命期间的位移。分析得出了最大涡位移的标度律方程，该方程是取决于系统参数Re和$α$的无量纲变量的函数。
2019-12-12 physics.flu-dyn
Studies On Falling Ball Viscometry
本文介绍了一种由小球在细管中下落时的终极速度精确计算液体粘滞系数的新方法。该计算需要对Stokes公式中的落球终极速度代入计算得到的表观粘滞系数乘以修正系数。该修正因子，即所谓的粘度比，是偏离斯托克斯极限的量度，由雷诺数和球/管半径比的非零值引起。该方法在很宽的雷诺数范围内有效，它是基于对壁面效应的两种度量之间的关系的认识，即更广泛研究的速度比，定义为受限介质中的终极速度与无限介质中的终端速度之比和粘度比。计算中使用了两个最近发表的相关公式，这些公式是基于大量的落球终极速度的实验结果。第一个公式将速度比与雷诺数和球管半径比联系起来。第二个公式给出了球在无限介质中下落时实际感受到的阻力与Stokes极限下的阻力之比的表达式，它仅是雷诺数的函数。它示出，适当地使用这个校正因子扩展实用程序的落球粘度计的技术超出了非常低的雷诺数的“蠕动流”制度，其应用目前受到限制。使用我们自己的测量的终极速度的落球在一个狭窄的管和已发表的文献报告，对已知的粘度系数的液体的准确性有关的问题进行检查。
2012-02-13 physics.flu-dyn
Dynamics of Vortex-Induced-Vibrations of a Slit-Offset Circular Cylinder for Energy Harvesting at Low Reynolds Number
涡激振动（VIV）为能量收集提供了一种安全、可再生和环保的能源。为了提高基于圆柱体的装置的能量收集能力，作者通过确定从圆柱体中心的最有效狭缝偏移位置来探索正常狭缝的放置。使用开源计算流体动力学（CFD）程序OpenFOAM，进行了一系列数值模拟，以确定圆柱体上狭缝位置的效用，以及它如何影响（积极/消极）采集器的性能为1自由度（1-DOF）VIV系统。研究表明，缝柱具有三分支涡激响应（即初始分支（IB）、上分支（UB）和下分支（LB））。在雷诺数为150时，无缝圆柱体表现出两支VIV响应（即IB和LB），但缺少上支。这是第一次在如此低的Re流量下获得上支。结果表明，在圆柱体中部增加一个法向狭缝，可以改善吸吹风交替现象。将其从中心向后停滞点偏移会抑制VIV，并使其不适合能量收集应用。而将狭缝朝向前驻点的位置提高了气动升力，并且圆柱体脱落的涡流彼此更接近。它增强了横向振荡的幅度，从而增强了功率提取。此外，这些情况下的峰值能量转移比与无狭缝情况下的峰值能量转移比相当，但具有更大范围的峰值能量转移比值。这使得它适合能量收集应用。
2022-08-24 physics.flu-dyn
Dynamics of circular arrangements of vorticity in two dimensions
两个同号涡的合并是一个研究得很好的问题，但在湍流中，我们经常会有两个以上的同号涡相互作用。我们研究了三个或三个以上相同的同向旋转涡的合并，最初安排在一个正多边形的顶点。在低到中等雷诺数，我们发现一个额外的阶段，在合并过程中，没有在合并的两个涡，在那里形成一个环形涡结构，是长寿的。因此，涡合并的速度大大减慢。在热带气旋的研究中，这种环形涡旋在雷诺数高得多的情况下是已知的，人们注意到它会预锻成单独的涡旋。在前环形阶段，粘性流中的旋涡结构在这里被发现以类似于无粘性情况下的方式倾斜和重新排列，但在后者中可见的明显的细丝在前者中几乎不存在。有趣的是，在更高的雷诺数，合并的奇数涡被发现进行非常不同的偶数。前一个过程是快速和混乱的，而后者通过配对事件进行得更慢。环形涡的形式是广义的Lamb-Oseen涡（GLO），并向内扩散，直到形成标准的Lamb-Oseen涡。对于较低的雷诺数，数值（完全非线性）的GLO涡的演变完全遵循的分析演变，直到合并。在较高的雷诺数，环经历的不稳定性，其非线性阶段表现出显着的差异，偶数和奇数模式的干扰。希望本研究结果，即多涡合并是定性的两个涡的合并不同，将激励研究如何多涡相互作用影响二维湍流中的逆叶栅。
2016-06-21 physics.flu-dyn
Dynamics of Magnetized Vortex Tubes in the Solar Chromosphere
我们使用3D辐射MHD模拟调查的形成和动力学的小规模（小于0.5微米直径）涡管自发产生的湍流对流在安静的太阳区域与最初的弱平均磁场。结果表明，涡管进入色球层后，对太阳大气的结构和动力学有着重要的影响。涡流管主要集中在颗粒间通道，其特征是强烈的（近音速）下降流和旋涡运动，捕获和扭曲磁场线，形成磁通量管，随着高度的扩大，并达到磁场强度范围从200 G的色球层到超过1千克的光球层。我们详细研究了这些涡流管的物理性质，包括热力学性质，流动动力学，动力学和电流螺旋度，并得出结论，磁化涡流管提供了一个重要的路径，从对流区到色球的能量和动量转移。
2012-01-26 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.data-an
Criteria for dynamic stall onset and vortex shedding in low Reynolds number flows
本文通过高分辨率大涡模拟研究低雷诺数下SD7003翼型动态失速，发现边界涡量通量（BEF）判据能识别并定位前缘吸力参数（LESP）无法捕捉的局部涡脱落事件，为流动控制提供新依据。
2024-02-01 physics.flu-dyn
Vortex Tubes of Turbulent Solar Convection
研究太阳对流的湍流特性对于理解太阳表面观测到的多尺度动力学是极其重要的。特别是，最近的高分辨率观测揭示了无处不在的旋涡结构，数值模拟表明了涡管动力学和磁场组织之间的联系，并显示了涡管相互作用在太阳声波激发机制中的重要性。本文利用辐射流体力学大涡模拟方法研究了太阳表面附近强湍流对流中涡管的形成机制。对模拟数据的分析表明了涡管形成的两个基本过程：1）对流颗粒内部小尺度对流不稳定性的发展; 2）颗粒间剪切流的Kelvin-Helmholtz型不稳定性。我们的分析表明，在这些过程中，涡旋拉伸是太阳上产生小尺度涡度的主要来源。
2012-01-12 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Instability and disintegration of vortex rings during head-on collisions and wall interactions
两个涡环的正面碰撞可以产生各种各样的现象：次级环的头饰，变平并反复相互作用的涡面，或者环剧烈分解成湍流云。相互作用的结果由影响两个碰撞涡环的不稳定性的性质决定。在这里，我们进行了系统的研究，以确定占主导地位的不稳定性作为一个函数的参数的问题。为此，我们数值模拟的头部碰撞的涡环的循环雷诺数之间的$1000$和$3500$和变化的细长比$Λ=a/R$范围从$Λ=0.1$到$0.35$，与$a$的核心半径和$R$的环半径。通过研究能量和粘性耗散的时间演化，我们阐明了方位不稳定性在确定碰撞结果中的作用。然后，我们比较这些碰撞的自由滑动和无滑动壁的涡环的正面影响。自由滑动壁施加镜像对称，这阻碍了某些不稳定性，并在足够大的雷诺数导致形成半冠的旋涡。撞击无滑移壁面的结果是在所产生的边界层喷出后形成二次涡环。当雷诺数超过一定的阈值时，该阈值随着$Λ$而增加，涡流通过方位角不稳定性分解，导致湍流云。
2021-10-18 physics.flu-dyn
Numerical Study of Mechanism of U-shaped Vortex Formation
本文阐述了U型涡的形成机理，并通过实验和DNS分析发现了U型涡的形成机理。本文的主要目的是解释U型涡是如何形成和进一步发展的。根据高精度直接数值模拟的结果，U形涡是拟序涡结构的一部分，实际上是二次涡诱导的流向三级涡。这一新发现与现有的理论描述的U形涡是作为年轻湍流斑的头部新形成的，最后预锻破裂成小块的说法有很大不同。此外，我们还发现当原λ形涡管被拉伸并产生多个环时，U形涡与原λ形涡管腿具有相同的涡量符号，并作为第二颈向环状涡提供涡量。
2014-02-24 physics.flu-dyn
Passive control of the onset of vortex shedding in flow past a circular cylinder using Slit
本文采用数值模拟的方法研究了层流状态下二维圆柱绕流的被动流动控制现象。其目的是探索被动控制技术，其中包括引入狭缝的几何形状的圆柱。狭缝宽度比S/D（狭缝宽度/直径）和狭缝角度（相对于来流方向测量）这两个参数在确定临界雷诺数（Rec）的趋势方面起着至关重要的作用。大多数分析调用流动可视化和饱和振幅方法，以获得不同情况下的临界雷诺数（指示旋涡脱落的开始）。利用Stuart-Landau方程进行的Hopf分岔分析和全局稳定性分析证实了预测解的准确性和一致性。通过狭缝的额外流量增加了气缸下游的压力，因此导致修改后气缸的Rec增加。在0度狭缝角下，临界雷诺数随修改圆柱体的S/D增加（因为额外的流量随S/D增加）。在S/D（0.05-0.15）范围内，临界雷诺数随狭缝角的增大而增大，在此范围内，脉动强度随狭缝角的增大而减小。当S/D= 0.15-0.25时，缝道中的额外流动引起尾迹不稳定，导致Rec随缝道角的增大而减小。获得的相关性，估计临界雷诺数为一个给定的S/D和狭缝角。
2021-02-02 physics.flu-dyn
Hysteresis at low Reynolds number: the onset of 2D vortex shedding
在研究准二维系统中的层流和旋涡脱落之间的过渡时，观察到了滞后现象。该系统是一个垂直的，快速流动的肥皂膜，它是由一个杆垂直于膜平面定向穿透。我们的实验表明，从层流到周期性卡门涡街的转变可以是滞后的，即涡流可以在低于产生它们所需的速度的速度下存活。
2000-03-21 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Prediction of laminar vortex shedding over a cylinder using deep learning
使用深度学习技术，生成对抗网络（GAN），预测圆柱体上的非定常层流涡脱落，特别强调阐明学习纳维-斯托克斯方程解的潜力。在两个不同的雷诺数与不同的时间步长的数值模拟进行流场变量的训练数据集。用GAN预测了雷诺数不在训练数据集上的未来非定常流场。预测的流场定性和定量一致，以及通过数值模拟计算的流场。本研究表明，可以利用深度学习技术来预测层流尾流，以代替求解纳维-斯托克斯方程。
2017-12-21 physics.flu-dyn
Instabilities of Decelerating Flow
本文利用Incompact3d数值模拟研究了扩张段内减速流动的不稳定性，揭示了逆压梯度导致边界层分离、回流及涡形成的过程，并验证了涡形成时间与雷诺数的关系。
2023-05-29 physics.flu-dyn
Reynolds-number regimes of corrugation-induced lift enhancement in two-dimensional dragonfly-like wings
Interdisciplinary Faculty of Science and Engineering, Shimane University（岛根大学理工学综合教育faculty）；Graduate School of Integrated Sciences for Life, Hiroshima University（广岛大学生命融合科学研究生院）
该研究通过直接数值模拟，在雷诺数100至4000范围内识别出波纹翼升力增强的三个区间，揭示了涡动力学机制，并提供了基于局部雷诺数的判据，为波纹翼气动设计提供了指导。
2026-09-25 physics.flu-dyn
