Sidewall effects on the onset of interfacial Holmboe waves in stratified exchange flows at high Schmidt number
Univ Toulouse, Toulouse INP, CNRS, IMFT（图卢兹大学，图卢兹国立理工学院，法国国家科学研究中心，流体力学与传热研究所）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
研究高施密特数下分层交换流中界面霍尔姆博厄波起始的侧壁效应，用长管道、锐界面渐近理论确定受限调整弗劳德数\(Fr^*\)，通过线性稳定性分析等方法，表明\(Fr^*\)近似恒定临界值可准确预测波起始，调和差异并确立横向受限的控制作用。
2026-07-23 physics.flu-dyn
The evolution of coherent vortical structures in increasingly turbulent stratified shear layers
我们研究了欧拉涡结构的形态及其与密度界面的相互作用，在日益动荡的稳定分层剪切层。本文分析了在分层倾斜管道实验室中得到的三维同时速度场和密度场。我们跟踪，在15个数据集，相干结构的演变，从前湍流Holmboe波，通过间歇性湍流，充分的湍流和混合。我们使用的Rortex-剪切分解的涡度场成一个纯旋转的部分（的Rortex矢量），和一个非旋转的部分（剪切矢量）。我们描述了无处不在的发夹状涡结构（揭示的rottex）的形态，类似于那些通常观察到的边界层湍流。这些都是作为相对较弱的涡流周围的强三维剪切结构的封闭Holmboe波，并逐渐加强和变形下增加湍流，转化成对向上和向下指向的发夹传播方向相反的剪切层的顶部和底部边缘。每个发夹的一对腿是反向旋转的，并在横向和垂直方向上夹带流体，它们的拱形“头”是横向涡流，垂直夹带流体。然后，我们阐明了这种大规模的旋涡形态搅拌和混合的密度场。基本上，位于混合层（主要是发夹头）的任一边缘上的尖锐密度界面处的涡流将未混合的流体团吞没到混合层中，而混合层（主要是发夹腿）内部的涡流进一步搅拌它，产生强烈的小尺度剪切，增强混合。这些发现提供了新的见解剪切驱动的分层混合中的湍流相干结构的作用。
2022-03-21 physics.flu-dyn
Self-organized criticality of turbulence in strongly stratified mixing layers
出于分层剪切流在地球物理和环境条件下的重要性，我们通过一系列直接数值模拟的湍流Holmboe波不稳定性（HWI）在各种初始条件下产生的能量，混合和光谱行为的特点。我们专注于分层的情况下，是足够的“强”，使HWI是占主导地位的流动的主要不稳定性。我们的数值研究结果表明，出现自组织临界性（SOC），这是表现为一个适当定义的梯度理查森数，$Ri_g$，与水平平均流量的调整，在这样一种方式，它是不断吸引到一个临界值$Ri_g \sim 1/4$。这种自组织是通过“冲刷”运动（即“雪崩”）的连续强化局部化而发生的，“冲刷”运动是由Holmboe波不稳定性的预锻引起的湍流的特征，并在急剧局部化的密度界面的上下两侧发展，嵌入在更加扩散的剪切层中。这些本地化的“雪崩”也被发现表现出预期的规模不变的特点。从能量学的角度来看，SOC的出现是以长寿命的湍流的形式表示的，该湍流在很长一段时间内保持在“准平衡”状态。最重要的是，这种自组织行为的不可逆混合的结果似乎是其特征一般由一个通用的累积湍流通量系数$Γ_c \sim 0.2$只为湍流所产生的Holmboe波不稳定性。这种自组织临界状态的存在证实了与分层湍流的自调节有关的原始物理论点，正如Turner（1973）所描述的那样，它涉及一种“平衡”。
2018-09-09 physics.flu-dyn
Essence of inviscid shear instability: a point view of vortex dynamics
从数学和物理两方面充分揭示了剪切失稳的本质。在线性背景下，得到了一个一般的充分必要稳定判据。它是Kelvin-Arnol定理的类似物，即，稳定的流动使与涡度相关的动能最小化。结合Kelvin-Helmholtz不稳定性（K-H不稳定性）和波的共振机制，探讨了剪切不稳定性的机理。它需要集中涡和共振波的不稳定性。与集中涡具有相同相速的波动与集中涡相互作用，触发不稳定。我们称这种机制为“集中涡不稳定性”。文中还简述了剪切失稳的物理解释。最后，由定理导出了一些有用的判据.这些结果将激发未来的工作，调查其他流体动力学不稳定性。
2006-05-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Instability driven by settling and evaporation in a shear flow: a model for asperitas clouds
通过二维和三维的直接数值模拟，我们研究了在[1]所示的乳房云形成的条件下，但增加了背景切变的情况下，水滴从饱和蒸汽的云层中沉降和蒸发到干燥的子云环境中所引起的不稳定性。我们表明，剪切改变云的形成类型的定性，从乳房状到一个新确定的云类型称为asperitas。中间水平的剪切被证明是必要的。切变抑制了小尺度扰动的增长，产生了平滑、持久的结构和较小的混合速率。三维显示，使一个质的差异，不像在乳房云。我们还表明，在非云状的条件下，不稳定性可以是非常不同的。
2021-11-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 2. Energetics, anisotropy, parameterisation
在第二部分中，我们进一步研究了分层倾斜管道（SID）中的两层交换流的实验特性，这是湍流的，强分层的，剪切驱动的，和连续强迫的。我们使用与第1部分中相同的核心剪切层方法分析相同的最先进的数据集，但我们在这里关注湍流能量学和混合统计。动能和标量能量预算的详细分析揭示了SID湍流的特异性和缩放，而能量谱提供了我们的实验数据的电流强度和局限性的洞察。流动在不同尺度下的各向异性表征了湍流动能的产生和Holmboe波和湍流的耗散机制。然后，我们评估标准的混合parameterisations模型依赖于均匀的涡流扩散系数，混合长度，通量参数，浮力雷诺数或湍流弗劳德数，我们比较有代表性的值与分层混合文献。这些措施的可控流动参数的混合的依赖性也阐明，提供渐近估计，可以外推到更强烈的湍流，量化的产品的倾斜角的管道和雷诺数。这些见解可以作为未来一代的实验数据的基准，具有优越的时空分辨率，需要探测日益激烈的湍流。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Nonlinear modeling of wave-topography interactions, shear instabilities and shear induced wave breaking using vortex method
线性剪切不稳定性的理论研究通常使用简单的速度和密度分布（例如，恒定的，分段的），以获得良好的定性和定量预测的初始扰动。此外，这种简单的配置文件提供了一个极小模型，以获得否则难以捉摸的剪切不稳定性的机械理解。然而，除了少数特定情况下，简单的配置文件的功效仍然限于线性稳定性范例。在这项工作中，我们提出了一个通用的框架，可以模拟各种分层剪切不稳定性的完全非线性演化，以及波-波和波地形相互作用的问题，具有简单的配置文件。为此，我们已经修改了经典的涡方法，将Birkhoff-Rott方程扩展到多个接口，此外，还将背景剪切穿过密度接口。后者更微妙，并且源于理解伯努利方程不仅限于无旋流，而且可以修改以使其适用于分段速度剖面。我们已经解决了各种各样的问题，基本上可以减少到多个相互作用的界面范例，例如溢出和暴跌断路器，分层剪切不稳定性，如Holmboe和泰勒-考菲尔德，射流，甚至波地形相互作用的问题，如布拉格共振。自由滑移边界是一个涡面，用涡方法也能有效地捕捉到它的影响。我们发现，极小模型捕捉关键的非线性特征，例如，波浪破碎特征，如尖点形成和卷起，这是在实验和/或广泛的模拟中观察到的，具有平滑，逼真的轮廓。
2017-09-27 physics.flu-dyn
Long-wave instability and growth rate of the inviscid shear flows
本文研究了剪切流的长波不稳定性。当扰动波数大于临界值时，流动总是中性稳定的。首先，我们得到了中性波数$k_1\leq (p^2-1)μ_1$的一个新的上界，其中$p>1$和$μ_1$是Poincaré问题的最小特征值。其次，我们找到了复相速度虚部的一个新的上界$c_i \leq k_1 ΔU/\sqrt{μ_1}$，其中$ΔU$是速度的方差。新的界限是有限的所有$k>0$类似霍华德的周期定理，而以前的Craik和Banerjee等人将是无穷大的$k\rightarrow 0$。第三，我们找到了一个新的增长率上界$ω_i \leq (p-1) \sqrt{μ_1} ΔU$。所有新的边界都比Høiland，Howard，Craik和Banerjee等人以前的边界严格得多.我们的结果也推广了Kraichnan的逆能量级联理论.由于剪切不稳定是由长波不稳定引起的，这意味着长波的截断可以改变剪切流的不稳定性。
2011-08-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the inertial effects of density variation in stratified shear flows
在本文中，我们首先回顾了著名的Boussinesq近似在分层流。使用标度参数，我们表明，当背景剪切是弱的，Boussinesq近似产生（i）$A_t\ll \mathcal{O}(1)$或（ii）$Fr_c^2 \ll \mathcal{O}(1)$，其中$A_t$是密度变化的平均密度和$Fr_c$是相速度与长波速度的比率。第二个子句意味着，与通常接受的概念相反，具有大密度变化的流动也可以是Boussinesq的。事实上，我们表明，深水表面重力波是Boussinesq，而浅水表面重力波不是。然而，在中等/强剪切的存在下，Boussinesq近似意味着常规接受的$A_t\ll \mathcal{O}(1)$。为了了解密度变化的惯性效应，我们的第二个目标是探索各种非Boussinesq剪切流，并研究不同类型的稳定传播波，可以存在于不同背景密度和涡度的两种流体之间的界面。此外，三种类型的密度界面-中性，稳定和不稳定-嵌入在背景剪切层，进行了研究。从这些配置，其中包括开尔文-亥姆霍兹，Holmboe，瑞利-泰勒和三角喷流，随之而来的不稳定性进行了研究的共振波相互作用。密度分层和剪切的稳定性，这些流动配置的影响进行了探讨。某些结果，如密度分层的失稳作用、剪切的稳定作用等，显然是违反直觉的，但如果从波相互作用的角度来解释不稳定性，则是可能的物理解释。
2018-12-01 physics.flu-dyn
Stratified shear flow instabilities in the non-Boussinesq regime
斜压扭矩对波传播的影响通常被忽略的Boussinesq近似下，在这里进行了研究，特别关注的相关后果的剪切不稳定性所产生的一对涡传播波之间的相互作用的机械解释。为了说明和阐明修改波传播的物理效应，我们考虑三个例子的复杂性增加：波传播支持的均匀背景流;波传播支持的分段线性基本状态具有一个跳跃;和不稳定问题的分段线性基本状态具有两个跳跃，这支持剪切不稳定的可能性。我们发现，非Boussinesq效应引入了一个偏好的波的传播方向，这取决于该地区的剪切波的支持的符号。这反过来又会影响波的锁相，这对剪切不稳定性的机械解释至关重要，并且在这里被认为具有内在的稳定趋势。
2015-07-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large density stratification stabilizes Rayleigh-Taylor instability in presence of shear
本文研究了剪切对瑞利-泰勒不稳定性（RTI）的影响。即使是简单的均匀剪切强烈影响的不稳定性;较长的波完全稳定时，密度分层是大的（高阿特伍德数）。这个明显违反直觉的结果是由于剪切项中存在阿特伍德数。当不稳定的密度界面嵌入在剪切层中时，剪切再次被发现稳定RTI。然而，这种配置在较低波数区域引入了额外的不稳定剪切不稳定模式。一种新型的剪切不稳定性，其增长率与阿特伍德数增加，起着主导作用，而开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI），这是以前被认为是唯一可能的剪切不稳定性在这种情况下，没有什么意义。因此，在RTI的非线性阶段观察到的波涛，这通常归因于KHI，实际上可能是这种新的不稳定性的非线性表现。
2017-10-22 physics.flu-dyn
Experimental properties of continuously-forced, shear-driven, stratified turbulence. Part 1. Mean flows, self-organisation, turbulent fractions
我们研究了分层倾斜管道（SID）中的交换流的实验性质，这些交换流同时是湍流的，由平均垂直密度梯度强烈分层的，由平均垂直剪切驱动的，并且连续地由重力强迫。我们专注于核心剪切层远离管道壁，这些流量是优秀的实验可实现的近似规范双曲正切分层剪切层，其迫使允许平均和湍流特性达到准稳态。我们分析了国家的最先进的数据集的时间分辨密度和速度在三维子体积的管道在16个实验，涵盖了一系列的流态（霍姆波，间歇性湍流，全湍流）。在第1部分中，我们首先揭示了多维参数空间（雷诺数，体理查森数，速度密度层厚度比）中的允许区域，以及它们与实验可控参数的联系。哈罗德平均余额，然后揭示了微妙的动量强迫和耗散机制，在每一层中，扩大或锐化的密度接口，以及这些流量的流向非周期性的重要性。平均流量表明自相似的速度和密度分布的趋势，增加湍流，梯度理查森数统计支持以前的内部混合理论的平衡理查森数，边际稳定性和自组织临界。湍流体积分数拟能和翻转阈值的基础上量化不同制度之间的湍流的性质，同时突出了在时空间歇性流动中获得代表性统计数据的挑战。这些见解可能会刺激和协助发展的数值模拟与更高程度的实验现实主义。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Effect of free surface on submerged stratified shear instabilities
在这里，我们考虑了区域的浅度以及空气-水自由表面对下面流体的分层剪切不稳定性的影响。首先，我们数值求解非Boussinesq泰勒-戈尔茨坦方程光滑的速度和密度分布的模型剪切层与自由表面。当流体的深度与剪切层厚度相比相对较浅时，存在于自由表面处的表面重力波更接近存在于剪切层中的波。这可能导致共振波相互作用，使流动不稳定到更多种类的模态不稳定性。为了更深入地了解不稳定机制，我们进行了分析研究与折线配置文件。此外，还开发了降阶折线轮廓，基于其构建色散图。通过这些图，我们已经证实了导致每种不稳定性的共振相互作用波。已经发现了两种新的不稳定性，其中之一，被称为表面重力-界面重力（SG-IG）模式，由于表面重力波和界面重力波之间的相互作用而产生，如果没有内部密度分层，则不存在。另一种模式--地面重力-低涡（SG-LV）模式是由于地面重力波与低涡波相互作用而产生的，它超过Kelvin-Helmholtz不稳定性成为最不稳定的模式。除了Holmboe不稳定性，观察到显着的差异，在所有其他不稳定性发生在浅域时，空气-水界面被替换为一个刚性盖。我们推断，刚性盖近似是有效的大垂直域。我们还表明，如果剪切是在自由表面缺席，我们的问题可以使用Boussinesq型近似建模。
2018-03-20 physics.flu-dyn
Instability of a smooth shear layer through wave interactions
波相互作用理论可以用来理解和预测各种均匀和分层剪切流中的不稳定性。然而，它通常限于剪切层背景速度的分段线性剖面，其中稳定的涡量波模式可以很容易地识别，它们的相互作用量化。本文将这种理解剪切流不稳定性的方法扩展到光滑剪切层剖面。我们描述了一种方法，通过该方法可以确定稳定的涡波模式，并表明它们的相互作用的结果在一个很好的描述的稳定性的光滑剪切层，从而证明了波的相互作用机制在光滑剪切流的存在。
2019-07-25 physics.flu-dyn
A simple demonstration of shear-flow instability
我们描述了一个简单的课堂演示的流体动力学不稳定性。演示只需要一桶水，一根绳子和一些用过的茶叶或咖啡渣。我们认为，不稳定的机制，至少在其后期阶段，是二维正压（剪切流）不稳定，我们提出的证据支持这一点。我们展示了一个等效的基本二维数值非线性模型的结果，该模型模拟的行为与桶演示中观察到的行为相当。修正的模拟表明，不稳定性不依赖于域的曲率，而是在速度剖面。
2021-01-05 physics.ao-ph physics.ed-ph physics.flu-dyn
Shear-banding instability in arbitrarily inelastic granular shear flows
颗粒流中的一个原型不稳定性是剪切带不稳定性，其中均匀的颗粒剪切流破裂成分别具有低剪切力和高剪切力（剪切应力或剪切速率）的颗粒的密集和稀簇的交替带。本文通过对具有Navier-Stokes本构关系的颗粒流体力学方程组的线性稳定性分析，研究了任意非弹性颗粒剪切流中的剪切带不稳定性。结果表明，选择合适的本构关系在预测剪切带失稳中起着重要的作用。进行了参数研究，研究恢复系数，通道宽度和平均密度的影响。两个全球性的标准有关的控制参数被发现的剪切带不稳定性的发病。
2019-08-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear instability of an axisymmetric air-water coaxial jet
本文研究了环形快速气流对圆形液体射流的不稳定性。我们测量几个几何形状和空气/水的速度的剪切不稳定波的频率。然后，我们进行了线性稳定性分析，并表明，有三个竞争机制的不稳定：对流不稳定，绝对不稳定的表面张力驱动，和绝对不稳定的约束驱动。我们比较这个分析与实验结果的预测，并提出在每个政权的波频率的标度律。最后，我们介绍的标准来预测这三个政权之间的界限。
2018-02-07 physics.flu-dyn
An instability criterion for a finite amplitude localized disturbance in a shear flow of electrically conducting fluids
本文研究了有限振幅三维局部扰动下导电流体剪切流的稳定性。的流体脉冲积分的时间演化，表征这种干扰，为低磁雷诺数的情况下，通过分析积分的涡度方程。分析所得到的方程揭示了一个新的不稳定性准则。
1997-05-20 physics.flu-dyn
Effect of translational shear on interfacial structure in the viscous fingering instability
该研究提出通过施加振荡平移剪切来平滑互溶流体界面，从而控制粘性指进不稳定性，实验和模拟表明增加剪切振幅或速度可延迟不稳定性起始并降低指状物生长速率，实现流体稳定。
2025-08-09 physics.flu-dyn
A model for Reynolds-dependent linear instability in wall-bounded shear flows
该研究针对壁面剪切流的线性不稳定性问题，提出带显式雷诺数依赖的Robin型边界条件，得到与经验观测一致的不稳定性雷诺数范围，并给出近壁涡动力学层面的物理解释。
2025-03-21 physics.flu-dyn
A novel shear flow instability triggered by a chemical reaction in the absence of inertia
我们提出了一种新的低雷诺数剪切流不稳定性的化学反应触发的实验研究。在牛顿流体和Carbopol-940溶液之间的界面处发生的酸碱反应导致强烈的粘度分层，其局部地使流动不稳定。我们的实验观察是在一个可混溶的位移流的背景下，流动不稳定性促进局部混合，随后提高了位移效率。实验研究的补充，简化的正常模式分析阐明的起源不稳定
2006-11-12 physics.flu-dyn
Integral constraints on the linear instability of stratified flow with planar shear at an arbitrary angle to the vertical
IDMEC, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本大学高等理工学院）；Department of Meteorology, University of Reading（雷丁大学气象系）
本研究推导了具有任意角度平面剪切的分层流线性不稳定的积分约束，扩展了Howard的半圆定理，并给出了不稳定性增长率上界的新表达式。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Non-axisymmetric instability of shear-banded Taylor-Couette flow
最近的实验表明，剪切带流的半稀释蠕虫状胶束在泰勒-库埃特几何形状表现出流动的泰勒涡的形式不稳定。在这里，我们进行非轴对称的线性稳定性分析的扩散剪切带的Johnson-Segalman模型，并表明，这种不稳定性的性质取决于所施加的剪切速率。对于实验相关参数，我们发现，在应力平台的开始不稳定性是由带之间的界面，而大部分的应力平台是由高剪切速率带的体不稳定性。我们的工作显着改变了最近提出的剪切带流的轴对称分析的基础上的稳定性图。
2012-01-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Critical-layer instability of shallow water magnetohydrodynamic shear flows
本文研究了剪切平行磁场作用下浅水剪切流的不稳定性。在这种磁剪切流中传播的波会遇到临界水平，其中相对于基本流$c-U(y)$的相速度与Alfvén波速度$\pm B(y)/\sqrt{μρ}$相匹配，基于局部磁场$B(y)$、磁导率$μ$和流体的质量密度$ρ$。结果表明，当两个临界能级接近时，临界层会产生不稳定性。不稳定性问题的解决，结合渐近解在大波数和数值解，和不稳定性的机制解释使用动量守恒。对于浅水MHD系统，本文给出了在任何一般场和流剖面下控制这种合并临界层的局部微分方程的一般形式，并精确地确定了磁场如何修正基于临界层位涡梯度的纯流体动力学稳定性判据。的磁场轮廓的曲率，或等效的电流梯度，$J' = - B''/μ$在临界层中被发现发挥互补作用的不稳定性。
2022-02-13 physics.flu-dyn
Instability of a dusty shear flow
本文结合 Eulerian-Lagrangian 模拟与 Eulerian-Eulerian 线性稳定性分析，揭示局部粒子带与简单剪切流双向动量耦合可诱发无粘不稳定性，并阐明临界波长、粒子惯性及耦合强度的影响。
2024-05-09 physics.flu-dyn
Criterion for purely elastic Taylor-Couette instability in the flows of shear-banding fluids
在过去的二十年里，人们已经用各种方法研究了剪切带流动，如流变仪、测速仪和流动双折射。在胶束溶液中，收集的许多数据表现出无法解释的时空波动。最近，有人提出，这些波动起源于一个纯粹的弹性不稳定性的流动。在圆柱形Couette几何形状，不稳定性是让人想起泰勒样的不稳定性粘弹性聚合物溶液中观察到的。在这封信中，我们描述了纯弹性泰勒-库埃特不稳定性的准则应如何适用于剪切带流动。我们推导出三类剪切带流与弯曲流线，根据其稳定性。
2011-08-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Concentration banding instability of a sheared bacterial suspension
我们证明了一种新的剪切诱导的细菌悬浮液中的浓度波动的增长机制。使用线性稳定性分析，一个均匀剪切悬浮液被证明支持剪切速率和细菌浓度的分层扰动指数增长。非线性模拟表明，不稳定性最终导致梯度带状的速度分布，在带之间的界面处的细菌的局部耗尽。我们的研究结果表明，长程流体动力学相互作用足以解释最近观察到的细菌悬浮液中的剪切带。
2018-08-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of surface tension on two fluids shearing instability
利用扩展的Layzer势流模型，研究了Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz联合不稳定性中表面张力对气泡生长和尖峰的影响。得到了气泡和针尖速度和曲率的非线性渐近解。我们发现，表面张力降低速度，但不影响曲率，提供表面张力是大于一个临界值。在一定条件下，我们观察到表面张力使运动稳定。任何扰动，无论其大小，结果稳定的非线性振荡。非线性振荡依赖于两种流体的表面张力和相对速度剪切。
2014-12-18 physics.flu-dyn
On the absence of dissipative instability of negative energy waves in hydrodynamic shear flows
研究了具有粘性耗散的双层流体流动系统中表面重力毛细波的稳定性判据。可以看出，负能量波的耗散不稳定性是不存在的，与早期作者的结论相反。他们的错误被确定为产生从一个错误的选择的耗散法，其中的波剖面速度被错误地等同于粒子速度。我们的修正耗散律也被证明恢复伽利略不变性的系统的稳定性条件。
1997-12-09 physics.flu-dyn
Numerical analysis of ligament instability and breakup in shear flow
在这项研究中，我们进行了数值分析的不稳定性的韧带在剪切流和调查的影响，空气-液体剪切的韧带界面的增长速度，破碎时间，和破碎形成的液滴直径。韧带通过气流的剪切而在流动方向上拉伸。此外，随着剪切流的影响增加，韧带变形为液体片，并且在液体片的中心处形成穿孔。液体层由于穿孔的生长而破裂，并且在表面张力的影响下收缩，形成直径小于原始韧带的直径的两个韧带。气流的剪切导致原始韧带伸长，并且韧带的横截面变成椭圆形，这增加了不稳定性。结果表明，韧带的增长率超过了理论值，并随初始扰动波数的增加而增大。因此，剪切流中形成的液滴的直径由于控制韧带破裂的波数的增加而减小，并且因为生长速率增加，所以韧带的破裂时间减小。随着剪切流速度差的增大，韧带收缩的形成时间提前，卫星液滴的直径增大。随着卫星液滴直径的增加和主液滴直径的减小，液滴直径的分散性减小，使得直径均匀。
2022-05-23 physics.flu-dyn
Instability in centrifugally stable shear flows
本文通过大雷诺数匹配渐近展开理论，揭示了离心稳定剪切流中由无粘涡旋与近壁粘性结构相互作用引发的不稳定性，并证明该机制同样适用于凸壁边界层流动。
2024-10-03 physics.flu-dyn
Slip, concentration fluctuations and flow instability in sheared polymer solutions
最近的实验表明，剪切增强聚合物溶液中的浓度波动的增长是强烈的固体边界的影响。我们分析了剪切聚合物溶液的模型的动力学，占应力变化对质量通量和壁滑移的影响。当（且仅当）存在这些效应时，流动表现出与实验观察一致的边界局部不稳定性。即使在流动不稳定的情况下，热驱动的浓度波动显着增强边界附近。
2001-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A minimal model for vertical shear instability in protoplanetary accretion disks
垂直切变不稳定性是一种轴对称效应，被认为是驱动原行星吸积盘磁不活跃区湍流的原因。在这里，我们研究它的物理机制，在分析易处理的“极小模型“在三个设置，包括一个均匀密度的流体，一个分层的大气，和一个剪切盒部分的原行星盘。每一个这些分析表明，垂直切变不稳定的本质是类似的倾斜对流对称不稳定在中纬度地球大气中，斜压急流的垂直切变的存在下，以及混合在墨西哥湾流的顶层。我们表明，为了获得不稳定的流体包的斜率应该超过在磁盘径向垂直平面的平均绝对动量的斜率。我们提供了一个详细的和相互自洽的物理解释，从三个角度：角动量守恒，作为流体的径向和方位角涡分量之间的动态相互作用，并从能量的角度来看，涉及一个广义的Solberg-Høiland瑞利条件。此外，我们解释了为什么滞弹性动力学产生振荡的不稳定模式和分离的振荡机制的不稳定。
2021-06-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Free surface water-waves generated by instability of an exponential shear flow
研究在重力和毛细作用下水中指数流对微小扰动的稳定性，提出有限深度下重力-毛细波生成的新结果，并探讨大尺度扰动下仅受重力作用的指数流稳定性。
2023-05-19 physics.flu-dyn
Visco-rotational shear instability of Keplerian granular flows
利用流变颗粒流体模型研究了粘性开普勒绕引力中心流动的线性稳定性。发现不可压缩稠密颗粒流体的剪切流变和开普勒微分旋转的相互作用触发的线性流变不稳定性，在颗粒流体中，粘度参数增长快于恒压下局部剪切速率（应变速率）的平方。所发现的不稳定性在致密行星环的动力学和原行星盘中的颗粒流中起着至关重要的作用。
2017-07-06 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.flu-dyn
A new instability driven by the combined effect of wind stress and rotation in a sheared liquid layer
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
本研究揭示了风应力和地球旋转共同作用下，剪切流中出现的新长波不稳定性模式，通过数值和渐近分析方法验证了其存在。
2025-11-19 physics.flu-dyn
Shear-driven parametric instability in a precessing sphere
目前的数值研究的目的是揭示机制的岁差不稳定性在一个球。在椭球几何中，由于地形耦合引起的参数共振形式的岁差不稳定性已经被解析和数值地报道。我们发现，这种参数共振也可以在球形几何形状，由于在临界纬度的埃克曼泵激奇点驱动的锥形剪切层。标度考虑导致形式为$|P_o|>O(E^{4/5})$的稳定性判据，其中$P_o$表示庞加莱数，$E$表示埃克曼数。预测的阈值与我们的数值模拟以及以前的实验结果是一致的。当岁差强迫是超临界的，我们的模拟显示了一个反级联的证据，即小规模的流动合并成大规模的气旋与逆行漂移。最后，它表明，这种不稳定性机制可能是相关的岁差天体，如地球和地球的月球。
2017-10-20 physics.flu-dyn
Regime transitions and energetics of sustained stratified shear flows
本研究探讨了持续分层剪切流的长期动力学，通过 SID 实验揭示了倾角 $θ$ 和 Reynolds 数 $Re$ 导致的四种流动形态，并基于 360 次实验与能量收支分析提出了与经验高度吻合的形态转变标度律。
2019-01-22 physics.flu-dyn
Modeling coexisting GSF and shear instabilities in rotating stars
Zahn的旋转剪切诱导的湍流混合的广泛使用的模型最近在非旋转剪切流中得到了验证（有一些警告）。然而，目前尚不清楚他的模型在旋转存在的情况下是否仍然有效，即使这是其最初的目的。此外，在旋转流体中会出现新的不稳定性，例如Goldreich-Schubert-Schuberke（GSF）不稳定性。当一个以上的不稳定性可以被激发时，哪种不稳定性占主导地位，以及它们如何相互影响，是本文回答的开放性问题。要做到这一点，我们使用直接数值模拟的扩散分层剪切流在旋转的三分之一周期笛卡尔域位于赤道的一颗星。我们发现，GSF不稳定性或剪切不稳定性往往接管另一个在控制系统，这表明恒星演化模型只需要有一个混合处方为每个单独的不稳定性，连同一个标准，以确定哪一个占主导地位。然而，我们也发现，它并不总是容易预测的不稳定性“赢”给定的输入参数，因为扩散剪切不稳定性是亚临界的，只有发生，如果有一个有限振幅的湍流“引物”种子it. Interesting，我们发现，GSF不稳定性可以在某些情况下发挥这个引物的作用，从而提供了一条途径，激发亚临界剪切不稳定性。这也可以驱动可以观察到的弛豫振荡。最后，我们提出了一个新的模型混合在赤道地区的恒星辐射区由于差分旋转。
2021-07-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Effect of imposed shear on the dynamics of a contaminated two-layer film flow down a slippery incline
本文分析了倾斜滑动壁面上的两层降膜在流顶面上施加外剪切作用下的线性不稳定性。流动的自由表面以及流体之间的界面被不溶性表面活性剂污染。这两个层的动力学由纳维-斯托克斯方程控制，并且表面活性剂输运方程调节不溶性表面活性剂在界面和自由表面的运动。通过沿流动方向和与流动方向相反的方向施加外部剪切来比较不稳定机制。耦合奥尔-索末菲方程组所考虑的问题是使用微扰技术和正常模式分析。利用谱配置法得到了Orr-Sommerfeld本征值问题对应的本征模。数值结果表明，较强的外部剪切使界面模态失稳。然而，一个稳定的影响的表面模式上的外部剪切注意到，如果剪切施加在流动方向上，这是在相反的表面模式上的表面活性剂负载的单层降膜施加外部剪切的作用。此外，在高雷诺数区与足够小的倾角剪切模式的主要不稳定性的影响进行了分析。在这种结构下，由于引力对表面不稳定性的影响较弱，因此剪切模相对于表面模占优势。剪切模式也可以通过在流向流的相反方向上施加外部剪切来稳定。由此可见，附加在两层降膜上的剪切力对控制不稳定性的姿态起着积极的作用。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Instability crossover of helical shear flow in segregated Bose-Einstein condensates
本文从理论上研究了零温下两相分离玻色-爱因斯坦凝聚体中一种流体沿另一种流体涡核流动的螺旋剪切流的不稳定性。螺旋剪切流在流体动力学上分为两种状态：（1）螺旋涡面，其中涡量局限于圆柱形界面上，稳定性由波纹模式的有效理论描述;（2）涡量分布在涡核附近的核流涡，其中不稳定现象仅由涡特征模式控制：开尔文和静脉曲张模式。螺旋剪切流的不稳定性表现出显着的竞争中的不同类型的不稳定性之间的交叉区之间的两个制度。
2013-06-26 cond-mat.other cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
On the shear flow instability in the great red spot of Jupiter
本文研究了木星大红斑速度剪切流引起的不稳定性。为此，我们隐含了Navier-Stokes方程和连续性方程，对控制方程进行了线性分析，并进行了数值求解。我们已经考虑了两种不同的制度：指数和谐波行为的波矢量。已经表明，这两种情况下揭示的流动和相应的速率可能相当高的不稳定性。对于波矢量的谐波时间依赖性的情况下，我们也发现了一个类似拍的解决方案的声波。
2019-11-07 astro-ph.EP physics.flu-dyn
A necessary and sufficient instability condition for inviscid shear flow
一个多世纪以前，瑞利、开尔文和其他人就考虑过无粘、不可压缩、二维、平面平行剪切流的线性稳定性。关于这个问题的一个主要结果是瑞利著名的拐点定理{R80}，它指出，对于不稳定的平衡流，平衡速度剖面必须包含拐点。也就是说，如果速度剖面由$U(y)$给出，其中$y$是横流坐标，那么一定有一个点$y=y_I$，其$U''(y_I)=0$。很久以后，在1950年，Fjørtoft {F50}推广了这个定理，证明了如果有一个拐点，那么不稳定性需要$U'''(y_I)/U'(y_I)<0$（见{Bar}的进一步扩展）。瑞利定理和Fjørtoft后来的推广都是不稳定性的必要条件，但它们并不充分。也就是说，即使平衡剖面可能包含涡量最小值，它也不一定是不稳定的。本文的重点是推导出，对于一个大类的平衡速度剖面，一个条件是必要的和充分的不稳定性。
1998-09-17 physics.flu-dyn
Hydrodynamic instability of shear imposed falling film over a uniformly heated inclined undulated substrate
针对均匀加热起伏基底上受剪切的重力降膜，开展线性与弱非线性稳定性分析，推导控制方程与判据，揭示剪切方向、温变物性、基底陡度对流动稳定性的影响规律及非线性区域特征。
2024-05-21 physics.flu-dyn
The role of elastic instability on the self-assembly of particle chains in simple shear flow
本文利用定制锥板剪切单元调节剪切速率，揭示黏弹性流体的弹性不稳定性起始会增强颗粒成链，而长时间恒定剪切会使颗粒链断裂并伴随流体弹性组分衰减。
2023-12-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Early onset of secondary shear instability in Kelvin-Helmholtz braids at high Reynolds number
研究高雷诺数下凯尔文-赫姆霍兹辫状结构中二次剪切不稳定性早期出现的机制，通过改进经典分析并引入新的稳定性判据，揭示了不稳定性早期发展的原因及粘性对混合过程的影响。
2026-04-17 physics.flu-dyn
A viscous instability in axially symmetric laminar shear flows
本文描述了剪切层流轴对称流体动力学绕引力中心流动的粘性不稳定性。在具有微观分子输运系数的Boussinesq近似的线性化流体动力学方程中，当能量方程中考虑粘性耗散时，不稳定性出现。使用局部WKB近似，我们推导出一个三阶代数色散方程的两个模式代表修改的瑞利模式R+和R-，和第三个X-模式。我们发现，在薄吸积流的粘性不稳定的瑞利模式在很宽的波数范围内，而X-模式始终保持稳定。在开普勒流动中，不稳定性增量被发现是几个开普勒旋转周期的波长与$kr\sim 10-50$。这种不稳定性即使在没有磁场的情况下也可能在天体物理吸积盘中引起湍流。
2015-02-06 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Route of hydrodynamic turbulence in rotating shear flow: Secondary perturbation triggers growing eigenmodes through the elliptical instability
旋转剪切流中的流体动力学湍流的起源是一个很大的难题，如包含科里奥利力的平面Couette流。虽然流动在实验室实验中经常表现出湍流，但根据线性扰动理论，它应该总是稳定的。我们表明，二次扰动的主要扰动流触发椭圆不稳定性在这样的系统，因此指数增长的本征模。这一结果在天体物理学和天体物理学中有直接的应用，因为天体物理学和天体物理学经常表现出具有开普勒角动量分布的湍流。我们解决了这样的开普勒流，这是类似于旋转库埃特流的湍流的起源。
2005-08-31 astro-ph cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stability analysis of shear flows in a Hele-Shaw cell
本文研究了Hele-Shaw盒中非均匀不可压缩流体运动的数学模型。提供了剪切流类的线性稳定性分析。研究了惯性、线摩擦和不可渗透边界在Kelvin-Helmholtz不稳定性发展中的作用。在长波近似下，得到了粘性和密度分层流动的简化一维模型的层次。Saffman-Taylor不稳定性发展的解释给出了这些模型的框架。
2015-01-27 physics.flu-dyn
Vortex dynamics and shear layer instability in high intensity cyclotrons
我们证明了在回旋加速器中，强流束在垂直于磁场的平面内的空间电荷动力学可用二维不可压缩流体的欧拉方程描述。与流体动力学的这种类比给出了一个统一且直观的框架来解释实验和模拟中观察到的光束螺旋和光束分裂行为。特别是，我们表明，光束分裂是一个经典的不稳定性发生在流体剪切流的结果。我们给标度律的不稳定性和预测的非线性演化的光束受it. Our工作表明，回旋加速器可能是唯一适合的剪切层和涡旋分布的实验研究，是无法实现的潘宁-Malmberg陷阱。
2016-04-15 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Instability of particle inertial migration in shear flow
在剪切流中，颗粒迁移到它们在微通道中的平衡位置。在这里，我们从理论上证明，如果粒子是惯性的，这种平衡可能会变得不稳定，由于萨夫曼升力。我们推导出一个表达式的临界斯托克斯数，确定发病的不稳定平衡。我们还提出了球形粒子和长椭球体的格子玻尔兹曼模拟结果，以验证分析。我们的工作提供了一个简单的解释，在早期的实验和计算机模拟中观察到的几个不寻常的现象，但从来没有解释之前的不稳定平衡。
2021-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elasto-Inertial Instability in Torsional Flows of Shear-Thinning Viscoelastic Fluids
该研究针对粘弹性流体扭转流动中弹-惯性不稳定性的综合影响机制不明的问题，通过锥板实验探究多参数相空间，拓展了弯曲流线不稳定性判据，填补了纯弹性与弹-惯性不稳定性间的研究空白。
2024-03-11 physics.app-ph physics.flu-dyn
Large-scale instability in a sheared nonhelical turbulence: formation of vortical structures
本文研究了剪切非螺旋湍流中大尺度不稳定性引起的大尺度涡量的产生。考虑了三种类型的背景大尺度流，即，在小尺度均匀湍流中的Couette和Poiffille流动，以及在非均匀湍流中的“对数线性”速度剪切。对于任何雷诺数，层流平面Couette流和层流平面Poiffille流的反对称模态对于小扰动都是稳定的。我们证明了在一定条件下的小尺度湍流中，由于大尺度的不稳定性，大尺度的Couette和Poiffille流是不稳定的。这种不稳定性导致沿平均剪切速度伸展的大尺度涡结构的形成。“对数线性”速度切变的大尺度不稳定性的增长率远大于Couette和Poiffille背景流的增长率。我们在小尺度剪切湍流中发现了Tollmien-Schlichting波的湍流类似物。湍流Tollmien-Schlichting波的激发机制与湍流雷诺应力引起的平均涡度扰动和背景剪切运动的综合效应有关。当平均速度的扰动依赖于三个空间坐标时，即使在施加于小尺度湍流上的平面Couette流中也能激发出这些波。这些波的能量由小尺度剪切湍流提供。
2007-10-20 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
