Impact of a Viscous Liquid Drop
我们模拟了粘性液滴到光滑干燥固体表面上的冲击。正如在实验中一样，当周围空气的影响可以忽略不计时，撞击会使下落的水滴在不产生飞溅的情况下发生碰撞。壁面处的无滑移边界条件在液体内部产生边界层。随后，液滴的平坦表面描绘出边界层。结果，液滴的最终形状是均匀厚度的“薄饼”，除了在边缘处，其中表面张力效应是显著的。薄煎饼的厚度简单地说就是下落表面第一次与边界层碰撞的高度。
2009-04-02 physics.flu-dyn
Physical structures of boundary fluxes of orbital rotation and spin for incompressible viscous flow
本文首次推导了不可压缩粘性流与静止壁面相互作用时轨道旋转和自旋边界通量的完整表达式，揭示了二者的边界生成机制，并将其推广到边界拟涡能动力学和Lyman涡量动力学，为理解近壁相干结构与流动噪声形成提供了新视角。
2024-09-03 physics.flu-dyn
The new mode of instability in viscous high-speed boundary layer flows
本文用粘性稳定性理论研究了Tunney等人发现的新的不稳定模式。当高速边界层受到一定值的有利压力梯度和壁面加热时，由于基流中出现流向速度超调（$U(y)>U_\infty$），一种新的模态变得不稳定。研究表明，在实际雷诺数下，新模态很难与传统的第一模态和Mack第二模态共存。由于需要额外的壁面加热，新模式可能只会导致层流-湍流过渡实验（人工）条件下。
2018-08-06 physics.flu-dyn
An immersed-boundary method for compressible viscous flow and its application in gas-kinetic BGK scheme
提出了一种浸入边界（IB）方法，并将其应用于气体动力学BGK格式中，模拟具有静止/运动边界的不可压缩/可压缩粘性流动。本文采用虚胞技术来实现浸没边界上的边界条件。提出了一种新的“局部边界确定”的思想来识别鬼细胞，每个鬼细胞可能具有多个不同的鬼细胞结构，对应于不同的边界段，从而消除了鬼细胞的奇异性。此外，所谓的“新鲜细胞”的问题时，实现移动边界模拟的IB方法解决了一个简单的时间外推。将该方法首次应用于气体动力学BGK格式中，模拟Taylor-Couette流动，验证了该方法的二阶空间精度，并观察到BGK格式的“超收敛性”。然后通过超声速定常圆柱绕流、不可压缩振荡圆柱绕流和可压缩运动翼型绕流的算例，验证了本文方法模拟可压缩流动和处理运动边界的能力。
2016-11-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of slip boundary conditions on interfacial stability of two-layer viscous fluids under shear
传统的分层流体动力稳定性研究方法包括层间粘性边界条件。然而，在聚合物体系中可能违反这一规则，因此可能出现各种不稳定性。本文的主要目的是从理论上分析滑移边界条件对简单剪切流作用下两不互溶粘性层间界面流体动力稳定性的影响。结果表明，长波扰动的增长率对层间界面和外边界处的滑移相当敏感。这些现象示出给不同的贡献取决于粘度，厚度和密度比的层的剪切流的稳定性。特别是界面滑移会增加扰动增长率，导致流动不稳定。这种效应的一个重要后果是违反了稳定性的剪切层具有相同的粘度和密度在一个广泛的厚度比范围。长波传播的条件进行了分析，以及显示出强烈的依赖于边界条件的类型。
2015-06-09 physics.flu-dyn
Semi-implicit direct forcing immersed boundary method for incompressible viscous thermal flow problems: a Schur complement approach
本文提出了一种半隐式直接强迫法的扩展浸入边界法，用于求解受限不可压缩粘性热流问题。该方法利用舒尔补的方法来执行无滑移的运动约束和相应的热浸没表面的边界条件。所开发的方法可以直接适用于任何现有的不可压缩的时间推进求解器的基础上分离的压力-速度耦合。该方法准确地满足热和无滑移的表面上的物体的表面上的瑞利数$10^3\leqslant Ra\leqslant10^6$的整个范围内的边界条件。进一步提高所开发的方法的计算效率的策略进行了讨论。该方法已被广泛验证，应用它的一些代表性的全三维约束自然对流的稳定和周期性流动的模拟。这种流动的典型的复杂的动力学现象，包括涡结构和对流单体和不稳定性的特点，进行了模拟和可视化，结果被发现可以与文献中已知的结果进行比较。
2017-10-26 physics.flu-dyn
Viscous-Inviscid Interactions in a Boundary-Layer Flow Induced by a Vortex Array
本文研究了边界层理论的渐近有效性。对于由周期性点涡列诱导的流动，我们比较了普朗特解和不同$Re$数下的Navier-Stokes解。我们展示了如何普朗特的解决方案开发一个有限的时间分离奇点。另一方面，Navier-Stokes解的特征在于边界层和外流之间存在两种粘性-无粘性相互作用。这些相互作用可以通过分析涡度拟能和壁面压力梯度来检测。此外，我们应用复奇异跟踪方法的普朗特和Navier-Stokes的解决方案，并从不同的角度分析以前的相互作用。
2014-04-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Complexity of viscous dissipation in turbulent thermal convection
利用直接数值模拟的瑞利数（$\mathrm{Ra}$）之间的$10^6$和$10^8$和单位普朗特数的湍流热对流，我们推导出的体积和边界层中的粘性耗散的标度关系。我们表明，相反的一般信念，总的粘性耗散在散装是更大的，虽然边际，比在边界层。体积耗散率与对数正态分布的流体动力学湍流相似，但与$(U^3/d)$相差$\mathrm{Ra}^{-0.18}$倍。边界层中的粘性耗散较少，但更强烈，呈拉伸指数分布。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Laminar flow of viscous fluid around elliptical contours under angle of attack
本文研究了有迎角的椭圆柱绕流的平面粘性层流问题。用Loytsyansky局部相似法求解层流边界层方程，得到椭圆边界和分离点处的剪应力，分离点速度相等，得到环量，并构造了边界层外速度场和压力场的完整解。升力系数和阻力系数取决于迎角和椭圆轴比。理论结果与现有的实验数据和直接数值解的纳维-斯托克斯方程进行了比较。
2021-06-26 physics.flu-dyn
Measured Instantaneous Viscous Boundary Layer in Turbulent Rayleigh-Bénard Convection
本文报道了在湍流瑞利-贝纳德对流中粘性边界层（BL）厚度$δ_v(t)$的测量结果。结果表明，由实测的瞬时二维速度场得到的$δ_v(t)$具有间歇性起伏。对于小值，$δ_v(t)$服从对数正态分布，而对于大值，$δ_v(t)$的分布呈现指数尾。发现$δ_v(t)$随时间的变化是由大尺度平均流速的波动驱动的，而靠近板的局部水平流速可以作为这种变化的瞬时度量。进一步发现，在本实验的参数范围内，如果相对于$δ_v(t)$的含时坐标系进行重采样，则实验室坐标系中测得的平均速度剖面可以与理论上的Prandtl-Blasius层流BL剖面重合。
2010-02-25 physics.flu-dyn
An approach for solving the boundary free edge difficulties in SPH modelling: application to a viscous accretion disc in close binaries
在这项工作中，我们提出了一个SPH插值核重构也适合处理自由边缘边界的计算域。应用于无粘和粘性静态低压缩性吸积盘模型在密切的二进制文件（CB）。在本文中进行的调查是一个事实，即低压缩性模型是至关重要的检查数值可靠性的后果。结果表明，物理粘度支持一个良好的约束吸积盘的形成，尽管气体的可压缩性低，当高斯导出的内核（从误差函数）被假定，在扩展的粒子范围-其半峰半宽（HWHM）被固定为一个恒定的$h$值-没有任何空间限制其径向相互作用（以下简称GASPHER）。同时，GASPHER确保在边界自由边缘处进行足够的粒子插值。SPH和自适应SPH（以下简称ASPH）方法都缺乏准确性，如果没有对边界条件的约束，特别是在粒子包络的边缘：自由边缘（FE）条件。在SPH中，效率低下的粒子插值涉及到一些相邻的粒子;相反，在第二种情况下，非物理效应涉及到边界层粒子本身和径向输运。无论是在一个政权，有限元条件涉及计算域，或在粘性流体动力学，或两者兼而有之，一个GASPHER计划可以正确地采用在这样麻烦的物理制度。尽管应用了低压缩性条件，粘性GASPHER模型显示出清晰的螺旋图案轮廓，表明与SPH粘性模型相比，结果质量更好。此外，还成功地将GASPHER一维无粘激波管的计算结果与解析解进行了比较。
2011-08-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Stochastic Dynamics of Rectangular and V-shaped Atomic Force Microscope Cantilevers in a Viscous Fluid and Near a Solid Boundary
使用基于波动耗散定理的热力学方法，我们量化的随机动力学的矩形和V形的微尺度悬臂梁浸没在粘性流体。我们表明，测量的悬臂尖端的位移或悬臂尖端的角度的随机悬臂动力学是不同的。我们跟踪这种差异的贡献，从更高的模式的悬臂梁。我们发现，从更高的模式的贡献是显着的悬臂梁尖端角的动力学。对于V形的悬臂，所得到的流场是三维的和复杂的，相比之下，发现一个长而细的矩形悬臂。尽管这种复杂性的随机动态可以预测使用一个二维模型与适当选择的长度尺度。我们还量化了增加的流体耗散，结果作为一个V形的悬臂带来了固体平面边界附近。
2008-01-15 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
A fast immersed boundary method for external incompressible viscous flows using lattice Green's functions
本文提出了一种求解三维粘性不可压缩无界区域流动的新的并行、高效的浸入边界方法。浸没表面与规定的运动产生的插值和正则化运营商从原始（佩斯金）浸没边界法的离散δ函数方法。与Peskin方法不同，边界力被视为拉格朗日乘子，用于满足无滑移条件。不可压缩纳维-斯托克斯方程离散在一个无界交错笛卡尔网格和求解在有限的操作使用格点格林函数技术。这些技术被用来自动执行自然的自由空间边界条件，并实现一种新的块式自适应网格，通过限制操作的网格单元在附近和近尾区的浸没表面，显着降低了运行时的解决方案的成本。这些技术也使实际的离散粘性积分因子，用于与专门的半显式龙格-库塔格式相结合，以准确和有效地解决微分代数方程描述的离散动量方程，不可压缩性约束，和无滑移约束的建设。从时间积分方案产生的线性方程组有效地解决了使用近似自由嵌套投影技术。离散算子的代数性质被用来减少投影步骤，简单的离散椭圆问题，例如离散泊松问题，这是兼容最近的并行快速多极差分方程方法。在雷诺数高达3,700的低展弦比平板和球体上的数值实验被用来验证公式的准确性和物理保真度。
2016-04-06 physics.flu-dyn
On the forces acting on a small particle in an acoustical field in a viscous fluid
我们计算了超声波对悬浮在粘性流体中的可压缩球形颗粒的声辐射力。使用普朗特-Schlichting边界层理论，我们包括溶剂的运动粘度，并推导出所产生的辐射力，这是有效的任何粒子半径和边界层厚度的解析表达式，只要这两个长度尺度远小于超声波的波长（毫米在水中在MHz的频率）。悬浮微粒的声泳响应的预测和分析，使用微通道声泳中通常采用的参数值。
2011-10-27 physics.flu-dyn
Navier-Stokes Hamiltonian for the Similarity Renormalization Group
Navier-Stokes哈密顿量是从第一性原理导出的。它的Hamilton方程被证明是等价的连续性，Navier-Stokes，和能量守恒方程的可压缩粘性流体。比较了Euler和Navier-Stokes哈密顿量的推导，前者具有与Euler方程相同的动力学特性，但从一开始就去掉了纳维-斯托克斯方程的粘性项。这两个哈密顿算子在三维空间和一维时间上有相同的自由度：6个独立的标量势，但它们的动力学场必然是不同的，因为有耗散的理论不能平滑地映射到没有耗散的理论上。耗散流体的动力学坐标场是一个矢量场，它存储了所有流体粒子的初始位置。因此，这些似乎是研究流体粒子随时间的任意分离的自然坐标。引入了经典的相似重整化群，并推导了Navier-Stokes哈密顿量的流动方程。最后，通过耗散正则Poisson括号的伽利略代数讨论了非相对论粘性流体的对称性。
2015-07-07 physics.flu-dyn
Predicting transition ranges to turbulent viscous boundary layers in low Prandtl number convection flows
我们讨论了两个方面的湍流瑞利-贝纳德对流（RBC）的高分辨率直接数值模拟的基础上，在一个独特的设置;一个封闭的圆柱形细胞的纵横比为1。首先，我们提出了一个全面的比较统计量，如能量耗散率和边界层厚度尺度。数据来自三个模拟运行系列在普朗特数$Pr$，覆盖两个数量级。与大多数以前的研究在RBC的重点是对流湍流在很低的普朗特数，包括$Pr=0.021$的液体汞或镓和$Pr=0.005$的液体钠。在RBC的该参数范围内，惯性效应导致主要湍流动量传输，该湍流动量传输与本体和边界层中的高度间歇性流体湍流一致，因此对于较高的瑞利数，应该能够触发向最终对流状态的完全湍流边界层的过渡。其次，我们预测的范围内的瑞利数的粘性边界层将过渡到湍流和流动作为一个整体将跨越到最终的政权。这些转变范围是由我们的模拟数据外推得到的。外推方法是基于速度剖面的大尺度性质。三种方法中的两种预测了过渡到最终对流的相似范围，当考虑到它们的不确定性时。所有三种外推方法表明，范围内的临界瑞利数$Ra_c$转移到较小的幅度作为普朗特数变得更小。
2017-11-28 physics.flu-dyn
Comment on "Group method analysis of magneto-elastico-viscous flow along a semi-infinite flat plate with heat transfer", by Helal and Abd-el-Malek
对具有热传递的沿半无限平板的磁弹性粘性流的群方法分析的评论，Helal和Abd-el-Malek，计算与应用数学杂志173（2005）199-210。本文讨论了在横向磁场作用下弹粘液体沿无限平板的边界层流动。板温度高于环境流体温度。用群论方法将边界层方程组转化为普通方程组，然后进行数值求解。速度，温度，剪切应力和热传递的轮廓的磁参数M=0，0.5和1的值。这是一个有趣的工作，但也有一些基本的错误，这是下面提出的。
2007-12-01 physics.flu-dyn
Hydrodynamic electrons in Graphene: a viscous boundary-layer description
Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear（等离子体与核聚变研究所）；Instituto Superior Técnico（技术高等学院）
本文通过流体动力学方法研究门控石墨烯中的边界层问题，提出非线性模型解释速度在边缘最大、内部减小的非泊肃叶流动，为理解非拓扑边缘电流提供新视角。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Homogenized Flux-Body Force Treatment of Compressible Viscous Porous Wall Boundary Conditions
本文提出了一种均匀化方法来处理可压缩粘性流动计算中多孔壁边界条件。与任何其他均匀化方法一样，它消除了对孔隙分辨流体网格的需要，因此能够在具有多孔壁边界的计算流体域中进行实际的流动模拟。然而，与替代方法不同的是，它不需要规定质量流率，并且在计算模型中不引入启发式排放系数。相反，它的模型的无粘通量通过一个多孔壁所包围的流动作为一个加权平均的无粘通量在一个不可渗透的表面，并通过孔隙。它还引入了一个体力项的控制方程，占沿孔隙边界的摩擦损失。源项取决于多孔壁的厚度和等效单个孔隙的概念。后一种概念的可行性证明了使用低速渗透性测试数据的织物的火星科学实验室降落伞篷。整体的均匀化方法说明了一系列的超音速流计算通过相同的织物，并使用超音速，孔隙解析的数值模拟验证。
2020-12-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Boundary streaming by internal waves
分层流体中的阻尼内波束通过类似于声流的机制产生强的平均流是众所周知的。虽然粘性边界层在声流中的作用已经得到了彻底的解决，但在内波的情况下，它仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们计算产生的平均流量接近起伏的墙壁，发出内部波的粘性，线性分层的二维Boussinesq流体。使用一个准线性的方法，我们证明了边界条件的形式显着影响所产生的边界流。在无滑移情况下，粘性边界层内的早期雷诺应力发散比体部内的雷诺应力发散强得多，同时也驱动相反方向的流动。无论边界条件如何，边界流动在较大的时间内都由整体流动主导。使用WKB的方法，我们调查的后果添加边界流效应的波平均流相互作用的理想化模型，已知重现准两年振荡的显着特点。波边界层的存在对流动逆转具有定量影响。
2018-09-25 physics.flu-dyn
A diffuse boundary method for phase boundaries in viscous compressible flow
针对复杂时变边界流动处理困难的问题，提出一种将流动与隐式弥散域耦合的系统性方法，证明其可精确收敛至锐界面解，在多类流动与相变问题中验证了有效性。
2025-02-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Law-of-the-wall for streamwise energy spectra in high-Reynolds-number turbulent boundary layers
提出了近壁区流向能谱高频区的标度关系。这是基于\cite{perry1977}和\cite{Zamalloa2014}的量纲分析方法，以及近壁区的小尺度波动应仅取决于粘性尺度的假设，类似于平均流的普朗特壁定律。这使我们能够检查的下限为高频率制度的墙壁定律的频谱将举行。高雷诺数湍流边界层数据的观测表明，在壁面法向位置和雷诺数范围内，该高频区开始的保守估计值为$f^+$ = 0.005（对应于200个粘性时间单位）。这足以捕获能量粘性尺度的运动，例如近壁条纹，其具有大约100个粘性单位的时间尺度。这种标度关系和谱塌陷与较低雷诺数\cite{Zamalloa2014}下的内流观测结果一致。
2018-05-21 physics.flu-dyn
Linear instability of viscous parallel shear flows: revisiting the perturbation no-slip condition
针对线性稳定性分析无法预测典型粘性流湍流转捩的问题，研究提出两种固体壁面初始扰动的替代边界条件模型，其产生的线性不稳定性可解释湍流转捩，提示经典无滑移条件对流固界面物理的描述可能过度简化。
2024-07-09 physics.flu-dyn
Reconciling different formulations of viscous water waves and their mass conservation
水的粘性在自由表面边界附近引起涡量。由此产生的流体速度矢量的旋转分量大大复杂的水波系统。已经提出了几种关闭该系统的方法。我们的分析比较了三组常见的模型方程。第一组在表面处具有旋转运动学边界条件。在第二组中，对速度矢量的计量选择是以体积中的旋转速度和旋转压力为代价，取消运动学边界条件中的旋转贡献。第三组通过引入两个域来回避这个问题：无旋体和旋涡边界层。这一比较提出了表面旋转压力和边界层涡量之间的联系，解决了非线性涡量项的存在，并显示了在模型中使用近似值的地方。此外，我们研究了三个系统的质量守恒，以及如何将其与无旋情况进行比较。
2020-06-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Viscous flow regimes in a square. Part 1. Lid-driven cavity
本文研究方腔内粘性流动的演化。与流函数相耦合，用迭代法数值求解涡量的初边值问题。唯一的边界条件是壁面速度，壁面速度又定义了流函数的狄利克雷值。我们断言，在空腔流的拐角奇异性实际上是一个理论的人工制品。通过适当调节盖速度，由于回文流场的收敛，与实验结果进行了比较。我们的计算表明，不对称剪切开始形成的涡旋与反向旋转的应变的核心，而连续的再生和随后的解体的发达国家的涡增殖剪切到更小的尺度。这种生产过程在固体表面附近特别强烈。
2018-04-11 physics.flu-dyn
Pulsating flow and boundary layers in viscous electronic hydrodynamics
受实验的启发，在电子输运的流体动力学制度，我们研究了在这样的设置振荡电场的效果。我们考虑一个长的二维通道的宽度$L$，其几何简单，允许分析研究，以及希望允许实验实现。响应取决于粘度$ν$、驱动频率、$ω$和欧姆加热系数$γ$，通过无量纲复变量$\frac{L^2}ν(iω+γ)=iΩ+Σ$。当在小的$Ω$，我们恢复静态解，一个新的制度出现在大的$Ω$与边界层的出现。这包括从边界层的中心到边缘的最大流速的位置的分裂，响应的反应性增加，响应的相移在整个通道上变化。总的光学电导与$L$的缩放不同的两个制度之间，而它的频率依赖性类似于整个德鲁德形式，即使在完全没有欧姆加热，对它，在同一时间，我们的结果是稳定的。目前对石墨烯和铜铁矿中的输运系数的估计表明，边界层制度应该是实验上可以达到的。
2018-01-11 cond-mat.str-el physics.flu-dyn
A numerically robust, parallel-friendly variant of BiCGSTAB for the semi-implicit integration of the viscous term in Smoothed Particle Hydrodynamics
隐式积分的粘性项可以显着提高性能的计算流体动力学的高粘性流体，如熔岩。我们表明，我们以前的建议，半隐式粘性积分光滑粒子流体动力学的改进，扩展它，以支持更广泛的边界模型。由于矩阵对称性的损失，一个关键的进步是一个更强大的版本的双共轭梯度稳定的方法来解决线性系统，这也是更好地适用于共享内存和分布式内存系统的并行化。新的求解器的优点在牛顿流体和非牛顿流体的应用中得到了证明，包括数值方面（由于使用更精确的边界模型的可能性而提高了收敛性）和计算方面（具有出色的强标度和令人满意的弱标度）。
2022-06-29 cs.DC cs.NA math.NA
Freely flowing currents and electric field expulsion in viscous electronics
电子流体为流体力学带来了一种新的环境：嵌入流体内部的等势流源。在这里，我们表明，由于动量守恒粒子间碰撞电流和电场之间的非局部关系导致从这样的流的全部或部分场驱逐。这导致在体中自由流动的电流和在电流注入电极处的电势的边界跳跃。我们推导出适当的边界条件，分析在自由流动的电流分布，讨论如何场驱逐取决于电极的几何形状，并链接的现象共形不变性的故障。
2018-12-28 cond-mat.mes-hall nlin.CD physics.flu-dyn
