Interaction between mountain waves and shear flow in an inertial layer
山脉产生的惯性重力波（IGW）通过它们与流动相互作用时施加的平均力影响大气和海洋的动力学。这种相互作用的一个关键是临界水平奇点的存在，或者当考虑行星旋转时，惯性水平奇点，多普勒频移波频率与当地科里奥利频率相匹配。我们研究后者的奇异性的作用，通过研究稳定的波包所产生的多尺度山在旋转的线性剪切流在低Rossby数。使用WKB和鞍点近似的组合，我们提供了一个明确的描述波包的形式，它诱导的平均强迫，和平均流响应。我们确定两个杰出的制度波的传播：制度I适用于足够远，从占主导地位的惯性水平的标准射线跟踪近似是有效的;制度II适用于薄区域的波包结构控制的惯性水平奇点。波-平均流相互作用由Eliassen-Palm（或伪动量）通量的变化决定。这种变化局限于一个薄的惯性层，在那里波包采取了限制形式，发现在制度II。我们解决了准地转位涡方程强迫的Eliassen-Palm通量的发散计算波致平均流。我们的结果，在无粘极限，表明波包达到一个大的，但有限的距离下游的山（具体来说，距离的顺序$k_*^{1/2} Δ^{3/2}$，其中$k_*^{-1}$和$Δ$测量波和包络尺度的山），并在一个类似的规模水平延伸。
2017-01-07 physics.flu-dyn
Eddy diffusivities of inertial particles in random Gaussian flows
我们研究惯性粒子的大尺度输运。我们推导出明确的解析表达式的通用斯托克斯时间的涡扩散系数。这些后者的表达式是准确的任何剪切流，而它们对应于领先的贡献，无论是在偏离剪切流的几何形状或在一般随机高斯速度场的Péclet数。我们明确的表达式使我们能够调查这样一类流动的惯性的作用，并与示踪粒子的类似运输问题的确切联系。
2016-11-08 physics.flu-dyn
Comment on "Migration of an electrophoretic particle in a weakly inertial or viscoelastic shear flow"
最近的一篇文章（Khair和Kabarowski; Phys. Rev. Fluids 5，033702）研究了电泳颗粒在具有弱惯性或粘弹性的无界剪切流中的横向流线迁移。这项工作将他们的结果与我们以前的两项研究（Choudhary等人：J. Fluid Mech.874; J. Fluid Mech.898），并报告了导出的分析表达式中的不一致。在这篇评论中，我们解决了这个矛盾。对于粘弹性流动，我们表明，Khair和Kabarowski没有占主导地位的聚合物应力在他们的计算一阶粘弹性升力的表面积分。当这个积分包括在内时，所得到的迁移速度与我们的工作（J. Fluid Mech.898）中报道的完全匹配。这定性地改变了Khair和Kabarowski报告的粘弹性流动的迁移方向。对于惯性流，我们澄清Khair和Kabarowski发现升力系数为1.75 $π$，而我们以前的工作（J. Fluid Mech.874）中为2.35 $ π$。我们表明，这种差异的发生，因为Khair和Kabarowski准确地包括快速衰减的$ \sim O(1/r^{4}) $速度场的影响（一个修正的应力场$ \sim 1/r^{2} $），这是被忽略在我们以前的工作（J.流体机械。874）。
2021-02-11 physics.flu-dyn
Instability of particle inertial migration in shear flow
在剪切流中，颗粒迁移到它们在微通道中的平衡位置。在这里，我们从理论上证明，如果粒子是惯性的，这种平衡可能会变得不稳定，由于萨夫曼升力。我们推导出一个表达式的临界斯托克斯数，确定发病的不稳定平衡。我们还提出了球形粒子和长椭球体的格子玻尔兹曼模拟结果，以验证分析。我们的工作提供了一个简单的解释，在早期的实验和计算机模拟中观察到的几个不寻常的现象，但从来没有解释之前的不稳定平衡。
2021-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertia-gravity waves in inertially stable and unstable shear flows
该研究推导了线性切变流中惯性重力波的精确表达式，结合WKB分析揭示了其与惯性层的相互作用机制、阀效应及与惯性不稳定条件的对应关系。
2015-05-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Elasto-Inertial Instability in Torsional Flows of Shear-Thinning Viscoelastic Fluids
该研究针对粘弹性流体扭转流动中弹-惯性不稳定性的综合影响机制不明的问题，通过锥板实验探究多参数相空间，拓展了弯曲流线不稳定性判据，填补了纯弹性与弹-惯性不稳定性间的研究空白。
2024-03-11 physics.app-ph physics.flu-dyn
New directions and perspectives in elastic instability and turbulence in various viscoelastic flow geometries without inertia
我简短地描述了在粘弹性无惯性流动中的弯曲流线的弹性驱动不稳定性和弹性湍流的主要结果。然后，我们描述了弹性湍流理论和Re< >1时弹性波的预测<1 and Wi>，它的速度取决于弹性应力，类似于磁流体力学中的Alfven波，而与所有其他流体流动的波速取决于介质弹性相反。由于已经建立并得到验证的曲线粘弹性流弹性失稳机制在零曲率下失效，因此平行剪切流与牛顿平行剪切流一样是线性稳定的。然而，平行剪切流的线性稳定性并不意味着它们的全局稳定性。在这里，我切换到主要的主题，即最近的发展，在惯性较小的平行剪切通道流动的聚合物溶液。在这样的流动中，我们发现了一个弹性驱动的不稳定性，弹性湍流，弹性波，和阻力减少到再层化，矛盾的线性稳定性预测。在这方面，我讨论短期正常与非正常的分叉在这样的流量，流动阻力，速度和压力波动，空间和频谱速度作为Wi的函数在一个高弹性数。
2022-04-21 physics.flu-dyn
A continuous pathway between the elasto-inertial and elastic turbulent states in viscoelastic channel flow
我们表明，粘弹性平面Poiffille流成为线性不稳定的惯性的情况下，在高弹性的限制，超稀聚合物溶液。虽然无惯性弹性不稳定性已被预测为曲线剪切流，这是有史以来第一次报告的纯弹性线性不稳定性的直线剪切流。新的不稳定性继续上升到一个雷诺数（$Re$）的$O(1000)$，对应于最近确定的弹性惯性湍流状态被认为是最大阻力减少制度的基础。因此，对于高弹性超稀聚合物溶液，一个单一的线性不稳定的模态分支可能是过渡到弹性湍流在零$Re$，并在中等$Re$的弹性惯性湍流，这意味着连续的路径的存在，连接的湍流状态彼此，并层流的基础状态。
2021-03-11 physics.flu-dyn
Effect of weak fluid inertia upon Jeffery orbits
本文研究定常粘性剪切流中轴对称中性浮力小颗粒的旋转问题。当惯性效应忽略不计时，该问题表现出无穷多个周期解，即“Jeffery轨道”。我们计算如何惯性效应解除其简并微扰求解耦合粒子流方程。我们得到了一个运动方程有效的小剪切雷诺数，任意长径比的球形颗粒。我们分析了\lq对数滚动\rq{}轨道的线性稳定性如何依赖于粒子形状，并发现它对长椭球体是不稳定的。这解决了一个难题的解释直接数值模拟的问题。一般来说，纳维-斯托克斯方程中的非定常项和非线性项都很重要。
2015-04-11 physics.flu-dyn
Inertial rotation of a small oblate spheroid in a simple shear flow
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Udine（乌迪内大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）；CNR-IAC（意大利国家研究委员会应用计算研究所）
研究探讨了受限条件下小椭球在简单剪切流中的惯性旋转行为，揭示了限制对椭球定向稳定性的影响，发现限制减缓了向稳定滚动轨道的漂移。
2026-10-30 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental observation of the origin and structure of elasto-inertial turbulence
如果速度和惯性力足够大，剪切流中一般会产生紊流.与此形成鲜明对比的是，粘弹性流体即使在惯性消失的情况下也能表现出无序运动。在这些情况之间的中间，一种新的混沌运动状态，“弹性惯性湍流”（EIT），已被观察到在一个狭窄的雷诺数区间。我们在这里确定的起源EIT在实验中，并表明，特征EIT结构可以检测到在一个意想不到的宽范围的参数。接近发病的人字形条纹图案出现在线性理论非常一致。然而，不稳定性可以追溯到远低于理论允许的雷诺数。由于惯性的增加，二次失稳引起由倾斜的近壁条纹和剪切层组成的壁模。这种模式持续到所谓的"最大减阻极限"，并且发现总体EIT在雷诺数超过三个数量级的粘弹性流动中占主导地位。
2021-02-26 physics.flu-dyn
Inertia-Dilatancy Interplay Governs Shear-Thickening Drop Impact
University of Minnesota（明尼苏达大学）；Universidad de Santiago de Chile (USACH)（智利圣地亚哥大学）；Northwestern University（西北大学）
研究揭示了高浓度玉米淀粉-水混合物在冲击过程中因剪切速率变化而呈现液体到固态的转变行为，发展了统一模型描述其冲击动力学。
2026-01-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear thickening in non-Brownian suspensions: an excluded volume effect
剪切增稠表现为稠密悬浮液的粘度随剪切速率的增加而增加，在高体积分数时有时突然而剧烈。对于惯性效应不可忽略的非胶体悬浮体，其起源仍有争议。在这里，我们考虑一个简单的剪切流，并证明流体惯性导致强烈的微观结构各向异性，导致在形成的阴影区域，没有相对通量的颗粒。我们表明，在有限的惯性剪切增厚可以解释为增加的有效体积分数时，考虑到动态排除的体积，由于这些阴影区
2013-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Angular velocity of a spheroid log rolling in a simple shear at small Reynolds number
本文分析了中性浮力小球体原木在简单剪切机中滚动时的角速度。当流体惯性的影响可以忽略时，角速度$ω$等于流体涡量的一半。我们计算奇异摄动理论如何弱流体惯性减少了角速度在无界剪切，以及如何减少取决于形状的球体（其纵横比）。此外，我们确定的角速度的直接数值模拟。在剪切雷诺数较小但不太小的情况下，对于所考虑的所有展弦比，结果与理论非常一致。对于球体的特殊情况，我们找到了$ω/s = -1/2+0.0540\, \mbox{Re}_\mbox{s}^{3/2}$，其中$s$是剪切速率，$\mbox{Re}_\mbox{s}$是剪切雷诺数。这一结果不同于Lin等人[J.Fluid Mech.44（1970）1]得出的结果，后者得到的数值系数大约大3倍。
2016-07-24 physics.flu-dyn
Horizontal shear instabilities in rotating stellar radiation zones: I. Inflectional and inertial instabilities and the effects of thermal diffusion
旋转混合是恒星演化的关键过程，它在恒星辐射带中传递角动量和化学元素。在过去的二十年里，人们一直把重点放在由垂直切变不稳定引起的湍流输送。然而，不稳定性所产生的水平剪切和强度的各向异性湍流运输，他们可能会触发仍然相对未开发。本文研究了恒星辐射带中稳定层结、自转和热扩散对水平剪切不稳定性的综合影响。数值求解了描述双曲切线水平剪切剖面流动线性不稳定性的特征值问题。作为第一步，我们考虑一个极$f$平面的重力和旋转矢量对齐。确定了两种类型的不稳定性：弯曲和惯性不稳定性。当垂直波数为零且沿外加流方向流向波数为有限时，由拐点引起的弯曲不稳定性是最不稳定的。三维弯曲不稳定性是不稳定的分层，而它是稳定的热扩散。惯性不稳定性是旋转驱动的，WKBJ分析表明，其增长率达到最大值$\sqrt{f(1-f)}$在无粘极限的垂直波数趋于无穷大，其中$f$是无量纲科里奥利参数。当层结增加时，有限垂直波数的惯性不稳定性稳定，而热扩散则使其不稳定。此外，我们发现了一个自相似的屈曲和惯性不稳定性的基础上重新标度参数$PeN^2$与Péclet数$Pe$和Brunt-Väisälä频率$N$。
2020-02-06 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
End-pinching and inertial-capillary reopening in viscoplastic ligaments at low Ohnesorge number
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究粘弹性丝线在低Ohnesorge数下的端部捏缩与惯性-毛细重开机制，通过轴对称模拟揭示粘弹性对丝线断裂路径的影响，发现两种不同重开机制。
2026-04-15 physics.flu-dyn
Libration-driven inertial waves and mean zonal flows in spherical shells
我们太阳系中的几个行星体由于与其轨道同伴的引力相互作用而经历强迫天平动，导致其金属液体核心或地下海洋中复杂的流体运动。在这项研究中，我们数值研究纵向振动球壳的流动。我们专注于几个剪切层的Ekman数的依赖性时，天平动频率小于旋转频率的两倍，天平动振幅小。随时间变化的流动主要由在临界纬度处由于Ekman泵激奇点而激发的惯性波组成，形成锥形剪切层。特别是，以前的理论研究提出了不同的缩放的锥形剪切层产生的临界纬度的内边界。我们的数值结果支持Le Dizès \& Le Bars（2017）预测的速度幅度缩放$\mathrm{O}(\varepsilon E^{1/12})$，而不是Kerswell（1995）最初提出的缩放$\mathrm{O}(\varepsilon E^{1/6})$，尽管我们计算中的Ekman数还不够小，无法确定这种缩放。在边界层中的非线性相互作用驱动一个平均纬向气流，并伴有几个地转切变。数值结果表明，与临界纬度相关的地转切变在内外边界上具有相同的尺度，即在$\mathrm{O}(E^{1/5})$宽度上的振幅为$\mathrm{O}(\varepsilon^2 E^{-1/10})$。数值结果表明，除了与临界纬度有关的地转切变外，惯性波的反射还可以在宽度为$\mathrm{O}(E^{1/3})$的范围内产生振幅为$\mathrm{O}(\varepsilon^2…
2020-05-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Relative Velocity of Inertial Particles in Turbulent Flows
本文提出了一个计算湍流中惯性颗粒相对速度的模型。我们的一般公式表明，相对速度的贡献，从两个方面，称为广义加速度和广义剪切条款，因为他们减少到众所周知的加速度和剪切Saffman-Turner极限。广义剪切项表示颗粒沿其轨迹的流速差的记忆，并且依赖于惯性颗粒对在时间上向后的分散。这种向后的分散在确定粒子的相对速度的重要性被强调。我们发现，我们的模型与两相分离行为，早期弹道阶段和后来的示踪剂样阶段，发现最近的模拟惯性粒子对的前向（在时间上）分散，给出了很好的拟合，从模拟在低雷诺数下测得的相对速度。在单分散的情况下，与相同的颗粒，广义加速度项消失，相对速度是由广义剪切项。在大雷诺数下，我们的模型给出了弹道行为和Richardson分离定律在惯性范围内相对速度对Stokes数$St$的$St^{1/2}$依赖性。这导致相同的惯性范围缩放的两相分离，很好地拟合模拟结果。我们的计算表明，双分散的情况下，与固定的摩擦时间尺度的一个粒子，相对速度作为另一个粒子的摩擦时间的函数有一个下降时，两个时间尺度是相似的。我们发现，在倾角的主要贡献是从广义剪切项，而广义加速度项是占主导地位的非常不同大小的颗粒。
2010-05-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Inertialess instability of elasto-viscoplastic circular Couette flow
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究弹粘塑性圆形库埃特流，发现含低剪切速率区域的连续应力基态在零雷诺数下线性不稳定，经数值模拟揭示其非线性动力学及聚合物应力扩散的作用。
2026-10-09 physics.flu-dyn
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
Effects of inertia and turbulence on rheological measurements of neutrally-buoyant suspensions
对于低雷诺数的中性浮力悬浮液的剪切流，剪切应力通常使用仅取决于固体分数的有效粘度来建模。随着雷诺数（$Re$）增加，惯性变得重要，有效粘度也取决于雷诺数本身。目前的实验测量的扭矩中性浮力颗粒在同轴圆筒流变仪的固体分数，$ϕ$，从10\%到50\%和雷诺数的基础上，从2到1000的颗粒直径。对于雷诺数为O（10）和固体分数小于$30\%$的实验，有效粘度随雷诺数增加，与文献中最近的数值模拟结果一致。在相同的$Re$范围内，在更高的固体分数下，结果显示扭矩随剪切速率降低。对于大于100的雷诺数和较低的固体浓度，有效粘度继续随雷诺数增加。然而，基于与纯流体测量的比较，所测量的有效粘度的增加是由向湍流的过渡引起的。颗粒通过增加测量扭矩的大小并导致流动在较低雷诺数下转变来增强湍流。对于最高的固体分数，测量结果表明，扭矩的大小显着增加，但有效粘度是独立的雷诺数。
2016-12-13 physics.flu-dyn
Coagulation and fragmentation dynamics of inertial particles
悬浮在许多自然和工业流动中的惯性颗粒在碰撞和破碎时发生凝聚，如果它们的尺寸变得太大或如果它们经历大的剪切。在这里，我们研究了时间周期不可压缩流中的凝聚-破碎过程。我们发现，这个过程接近一个渐近的，动态的稳定状态，每个大小的粒子的平均数量大致恒定。我们比较了两种破碎机制和不同流量下的稳态粒径分布，发现稳态粒径分布基本上与凝聚过程无关。虽然碰撞率决定了瞬态行为，但碎裂决定了稳态。例如，对于由于剪切引起的破碎，如果剪切力的时间或空间变化相似，则具有非常不同的局部颗粒浓度的流可以导致相似的颗粒尺寸分布。
2009-08-20 nlin.CD physics.flu-dyn
Clustering and Turbophoresis in a Shear Flow without Walls
本文研究了非均匀湍流中惯性颗粒的空间分布。通过直接数值模拟湍流Kolmogorov流传输的粒子轨迹，我们研究了大尺度和小尺度机制诱导重粒子分布的不均匀性。我们讨论了大惯性和弱惯性的湍流泳动，为粒子密度分布的函数形式提供了启发式的论据。特别是，我们认为，并在数值上证实，turbophoretic效果是最大的中间惯性粒子。研究结果表明，颗粒在不同的Stokes数范围内出现小尺度分形聚集和湍流泳动峰，且两峰的分离度随雷诺数的增大而增大。
2016-02-24 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence and self-similarity in highly-aerated shear flows: the stable hydraulic jump
水跃经常在自然和人为环境中遇到。从超临界流到亚临界流的转变涉及大的能量耗散率和大量的空气夹带，从而阻止了双相流测量仪器的使用。本文介绍了一个稳定的水跃的弗劳德数为4.25的实验研究，利用新的侵入式相位检测探头技术和基于图像的测速从侧面的角度来看。获得了冲击区和滚柱区的湍流估算，包括雷诺应力、湍流积分尺度和速度脉动谱。速度谱在惯性子区有一个-5/3的斜率，在较大的频率处变平。这被认为与从惯性范围到与气泡尺度相关的频率的能量转移有关。总的来说，收集的数据对于高保真数值模型验证特别感兴趣，该研究代表了空气-水流研究的进步。
2019-07-11 physics.flu-dyn
Microstructure and rheology of finite inertia neutrally buoyant suspensions
采用基于离散Boltzmann流体模型和颗粒牛顿动力学的格子玻尔兹曼方法（LBM），研究了有限惯性条件下中性浮力硬球颗粒在牛顿流体中悬浮液的微观结构和流变特性。悬浮液进行简单剪切流和性能的雷诺数和体积分数，$ϕ$的函数进行了研究。惯性由颗粒尺度剪切流雷诺数$Re = \frac{ρ\dotγa^{2}}μ$表征，其中$a$是颗粒半径，$\dotγ$是剪切速率，$ρ$和$μ$分别是流体的密度和粘度。研究了惯性和体积分数对$0.005\leqslant Re \leqslant 5$和$0.1\leqslant ϕ\leqslant 0.35$的影响。利用对分布函数$g(\boldsymbol{r})$研究了流动诱导的微观结构。不同的应力机制，包括那些由于表面牵引力（应力波），加速度，和雷诺应力由于速度波动计算和它们的影响上的第一和第二法向应力差，颗粒压力和悬浮液的粘度进行了详细说明。给出了质点力和力矩的概率密度函数。
2014-03-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial migration of an electrophoretic rigid sphere in a two-dimensional Poiseuille flow
在这项工作中，我们分析了惯性迁移的电泳粒子在2-D Poiffille流与电场施加平行的墙壁。对于薄的双电层，颗粒沿着所施加的电场的方向表现出滑动驱动的动电运动，这导致颗粒领先或滞后于流动（取决于其表面电荷）。由这种滑移驱动运动引起的流体扰动的特征在于快速衰减的源偶极场，其改变了粒子上的惯性升力。我们用功的互等定理确定这个惯性升力。假设没有壁效应，我们推导出一个分析表达式的phoretic-lift捕获修改的惯性升降机由于电泳。我们还考虑了墙壁的影响，发现解析表达式是有效的远离墙壁。我们发现，对于一个领先的粒子，phoretic-lift的行为对高剪切的区域（即墙壁），而相反的是真实的一个落后的粒子。使用数量级分析，我们得到不同的组件，有助于惯性力和分类的基础上，它们出现的相互作用。我们表明，占主导地位的贡献phoretic-lift源于相互作用的滑移驱动的源偶极场与应力场（产生由于粒子的电阻应变的背景流）。此外，为了对比滑移驱动现象和力驱动现象对惯性迁移的影响，我们还研究了非中性浮力粒子。结果表明，重力效应主要是通过背景切变与浮力诱导的斯托克斯莱特场的相互作用来改变惯性升力的。
2019-06-09 physics.flu-dyn
Weakly nonlinear analysis of the viscoelastic instability in channel flow for finite and vanishing Reynolds numbers
最近发现的直线粘弹性剪切流的中心模式不稳定性（Garg等人，Phy. Rev. Lett. 121，024502，2018）为发生在较低Weissenberg（$Wi$）数下的弹性惯性湍流（EIT）的起源提供了解释。为了支持这一点，我们使用弱非线性分析表明，在Page等人（Phys. Rev. Lett. 125，154501，2020）在中性曲线上是通用的，不稳定性仅在低雷诺数（$Re$）和高$Wi$时变为超临界。我们证明，不稳定性可以被看作是纯粹的弹性起源，即使是$Re=O(10^3)$，而不是“弹性惯性”，因为潜在的剪切不激发的不稳定。它也被发现，一个现实的最大聚合物延伸长度，$L_{max}$，在FENE-P模型中的引入移动中性曲线更接近惯性$Re=0$限制在一个固定的溶剂-溶液粘度比，$β$。在使用$L_{max} =O(100)$的稀释限度（$β\rightarrow 1$）中，与Khalid等人（arXiv：2103.06794）最近报告的Oldrophil-B液体在$β=0.994$下的阈值$Wi=O(10^3)$相比，线性不稳定性可降低至在$β=0.98$下更具有物理相关性的$Wi\gtrsim 110$。再次的不稳定性是亚临界的，这意味着无惯性的直线粘弹性剪切流是非线性不稳定的-即不稳定的有限振幅的干扰-甚至更低的$Wi$。
2021-07-13 physics.flu-dyn
Fluid Dynamics and Passive Scalar Transport Driven by Non-Uniform Tumbling of a Prolate Spheroid in Simple Shear Flow
基于格子玻尔兹曼高保真模拟，研究了简单剪切流中长椭球被动标量输运，发现颗粒惯性通过影响翻滚均匀性改变流动与输运模式，且在低惯性下输运速率收敛于与Peclet数的共同关系。
2024-10-16 physics.flu-dyn
Laboratory experiments on dynamo action and magnetically triggered flow instabilities
行星、恒星和星系的磁场是由运动的导电流体的自激产生的。一旦产生，磁场就可以通过破坏旋转流的稳定来在宇宙结构的形成中发挥积极作用，否则旋转流在流体动力学上是稳定的。长期以来，磁流体发电机作用和磁触发流动不稳定性都是纯理论研究的主题。然而，与此同时，在里加、卡尔斯鲁厄和卡达拉什的大规模液体钠实验中观察到了发电机效应。本文总结了液态金属实验中的发电机效应和各种磁不稳定性，如螺旋磁旋转不稳定性、方位磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性的研究结果。我们详细讨论了我们的计划，进动驱动的发电机实验和大规模的泰勒-库埃特实验，使用液体钠，并观察磁触发的不稳定性的前景与正剪切流。
2018-03-09 physics.flu-dyn
Bifurcation induced by the aspect ratio in a turbulent Von-Kármán swirling flow
我们评估的两个实验参数的效果上的缓慢动力学的冯卡门旋流驱动的两个螺旋桨在一个封闭的圆筒。第一个参数是螺旋桨的惯性矩，第二个参数是纵横比，即螺旋桨之间的距离$H$除以直径$D$。我们使用具有固定直径$D$的单元，但是其中螺旋桨之间的距离可以连续转动，并且其中来自螺旋桨的惯性也可以使用不同的齿轮来改变。当惯性动量被修改时，没有观察到动力学上的变化。剪切层位置的一些戏剧性的变化被观察到修改纵横比$Γ=H/D$。剪切层位置出现分叉。而对于低$Γ$的剪切层的位置有一个平滑的演变时，转动的螺旋桨的旋转频率之间的不对称性，高$Γ$的过渡变得突然，出现对称性破缺。其次，我们观察到在该实验中已经观察到的$Γ=1$的自发反转[de la Torre & Burguete PRL 99，054101（2007）]仅存在于纵横比的窄窗口中。我们使用的平均流结构的实验研究和数值方法的基础上的朗之万方程与有色噪声的剪切层的位置似乎是由平均流结构，而逆转的空间分布的湍流波动的细胞。
2016-10-27 physics.flu-dyn
Solitary coherent structures in viscoelastic shear flow: computation and mechanism
从Couette-Dean流的定常分支出发，计算了无惯性粘弹性圆形Couette流的非平凡定常解。这些解决方案是强烈本地化的涡对，存在于任意大的波长，并显示在韦森伯格数滞后，类似于实验观察到的“dilemma”模式。基于计算的速度和应力场，我们阐明了这些流动的启发式，完全非线性的机制。我们建议，这些本地化的，完全非线性的结构，包括复杂的时空动态的弹性液体流动的基本积木。
2000-05-26 physics.flu-dyn
Analysis of Boundary Slip in a Flow with an Oscillating Wall
基于Stokes第二问题，采用分子动力学（MD）方法研究了非定常流固边界滑移问题。与稳定流相比，对于低于相应稳定流的临界剪切速率的剪切速率，观察到滑移的增加。这种增加的滑移归因于流体惯性力，在稳定流中不表现出来。建立了滑移的非定常数学模型，估算了边界滑移增量。该模型表明，除了流体在壁面处的剪切速率之外，滑移还取决于加速度。通过将加速度用剪切速率表示，表明非定常流动中壁面滑移是由剪切速率梯度和流体的剪切速率决定的。对模型进行无量纲化处理后，得到了一条通用曲线，该曲线可用于根据流体的剪切速率和剪切速率梯度信息来确定流固界面处的滑移边界条件。一个管理的无量纲数，定义为相速度的比，声速，被确定，以帮助解释的机制负责的过渡滑移边界条件从有限到一个完美的滑移，并确定何时会发生。观察到流体速度相对于壁面的相位滞后。滞后随着壁振荡时间的缩短和壁疏水性的增加而增加。当考察滑移速度作为壁面速度的函数和滑移速度作为流体剪切速率的函数的变化时，可以看到滞后现象。滞后的原因是由于流体的不稳定的惯性力。
2012-07-30 physics.flu-dyn
Rotation of a spheroid in a simple shear at small Reynolds number
我们推导出一个有效的运动方程的定向动力学的中性浮力球体悬浮在一个简单的剪切流，适用于任意颗粒的纵横比和线性顺序的剪切雷诺数。我们展示了惯性效应如何解除简并的杰弗里轨道，并确定在无穷小的剪切雷诺数的日志滚动和翻滚轨道的稳定性。对于长球体，我们发现稳定的翻滚在剪切平面，日志滚动是不稳定的。相反，对于扁圆形颗粒，如果纵横比大于临界值，则原木滚动是稳定的，而翻滚是不稳定的。当纵横比小于此值时，翻滚变为稳定，并产生不稳定的极限环。
2015-04-09 physics.flu-dyn
Inertialess turbulence in viscoelastic pipe flow
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）
本研究在粘弹性管流中实验发现，即使在雷诺数远低于理论预测最低值四个数量级时，高浓度聚合物溶液仍能触发纯弹性湍流，证实无惯性湍流的存在。
2026-09-15 physics.flu-dyn
Two mechanisms of VLSM modulation by inertial particles in open channel flow
在中等雷诺数下，超长明渠水流中存在超大尺度运动和大尺度运动。直接数值模拟的双向耦合与惯性粒子分析使用光谱信息调查调制的VLSM。在壁法线方向上，颗粒分布（平均/优先浓度）表现出两种不同的行为，在内部流和外部流，对应于两个高度各向异性的湍流结构，LSMs和VLSMs。这导致了粒子惯性对VLSM的非单调效应：低惯性（基于内尺度）和高惯性（基于外尺度）都加强了VLSM，而中等和非常高的惯性几乎没有影响。通过条件测试，低和高惯性颗粒增强VLSM遵循两种不同的路线。低惯性颗粒通过增强内部区域的再生循环（LSM的自我维持机制）间接地促进VLSM，而高惯性颗粒通过在外部区域中以类似的时间尺度对雷诺剪切应力的贡献直接增强VLSM。这种理解也提供了更一般的洞察力，在高雷诺数，有壁流动的内外相互作用。
2019-02-18 physics.flu-dyn
Pre-unstable set of multiple transient three-dimensional perturbation waves and the associated turbulent state in a shear flow
为了理解谱表示是否以及在多大程度上可以有效地突出不同尺度之间的非线性相互作用，有必要考虑流动中不稳定性和湍流发生之前的状态。在这种情况下，系统仍然是稳定的，但是会受到任意3D小扰动的影响。这些可以到达任何时刻，然后经历一个短暂的演变，这是排除了与Navier-Stokes线性化制剂的初始值问题。三维小扰动的集合构成了一个多个空间和时间尺度的系统，该系统受到包括在扰动纳维-斯托克斯方程中的所有过程的影响：线性化对流输送、线性化涡旋拉伸和倾斜以及分子扩散。撇开不同尺度之间的非线性相互作用，这些特征等同于湍流状态的特征。本文确定了作用在一个典型剪切流即钝体尾流上的任意纵向和横向扰动的惯性范围的指数。然后，我们比较了目前的结果与相应的发展湍流状态的指数（臭名昭著的等于-5/3）。对于纵向扰动，我们观察到在惯性范围内的衰减率为-3，通常在二维湍流中遇到。相反，对于纯3D扰动，能量以-5/3的因子减小。如果我们考虑纵向和横向扰动波的组合，对于较大的波数（[50，100]），能谱似乎有-3的衰减，而对于较小的波数（[3，50]），衰减的数量级为-5/3。我们可以得出结论，惯性范围的指数值具有更高的普适性水平，这是不一定与非线性相互作用。
2010-10-06 physics.flu-dyn
Emergence of Purely Elasto-Plastic Turbulence in Shear Flows
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Smith College（史密斯学院）
研究发现，在无惯性条件下，具有屈服应力的流体中出现纯弹性-塑性湍流，揭示了弹性与塑性在简单剪切流中的复杂相互作用。
2026-01-13 physics.flu-dyn
Some issues concerning Large-Eddy Simulation of inertial particle dispersion in turbulent bounded flows
研究了壁面湍流大涡模拟（LES）中惯性颗粒弥散的精确欧拉-拉格朗日模型问题。我们运行直接数值模拟（DNS）的湍流槽道流在剪切雷诺数等于150和300和相应的先验和后验LES在不同的粗网格。然后，我们跟踪不同的惯性粒子群，我们研究了过滤和亚网格尺度（SGS）建模的流体相粒子速度和浓度统计的影响。我们还重点讨论了如何通过LES预测颗粒的优先偏析。结果表明，即使是“良好的解析”LES是无法再现的物理表现为DNS，无论是在壁的颗粒积累和颗粒的优先偏析。在这项研究中考虑的颗粒的整个范围内观察到不准确的预测，即使当颗粒的响应时间是远远大于流的时间尺度没有解决LES。先验和后验测试都表明，恢复流体和颗粒速度波动的水平不足以准确预测近壁积聚和局部偏析。这可能表明，重新引入正确数量的高阶矩的速度波动也是一个关键点SGS封闭模型的粒子方程。另一个重要的问题是可能存在的流动雷诺数对颗粒分散的影响。我们的研究结果表明，在小雷诺数湍流和重颗粒的情况下，剪切流体速度是一个合适的尺度参数来量化这些影响。
2008-01-15 physics.flu-dyn
Mechanisms of drag reduction by semi-dilute inertial particles in turbulent channel flow
本文研究了在半稀释条件下分散的惯性颗粒在$\mathrm{Re}_τ= 180$湍流槽道流动中引起显着减阻的机理。我们考虑一系列四向耦合欧拉-拉格朗日模拟，其中在从$M=0.2$到1.0逐渐增加的质量负载下引入摩擦斯托克斯数为$\mathrm{St}^+ = 6$或30的颗粒。模拟结果表明，$\mathrm{St}^+ = 30$颗粒在$M=1.0$处引起的减阻率高达19.74%，而$\mathrm{St}^+ = 6$颗粒在$M=1.0$处引起的增阻率高达16.92%.为了揭示减阻或增阻的机制，我们研究了通道内的应力分布以及分散颗粒对近壁相干结构的影响。我们发现减阻颗粒的一个显著特征是形成极长的簇，称为绳。这些结构优先与低速条纹对齐，并有助于其稳定和抑制爆裂。尽管由于颗粒的额外的应力，调制的近壁相干结构导致更大的减少雷诺剪切应力和局部再层化的近壁流。在具有$\mathrm{St}^+ = 6$的增阻颗粒的情况下，还观察到雷诺剪切应力的降低，然而，这种降低不足以克服导致阻力增加的附加颗粒应力。
2023-03-28 physics.flu-dyn
Suspensions of deformable particles in Poiseuille flows at finite inertia
我们分析了压力驱动流中的可变形颗粒悬浮液。悬浮液是由中性浮力最初的球形颗粒和牛顿载体流体，并通过直接的数值模拟，使用一个完整的欧拉方法的基础上的一个连续制定解决的流量。固相采用不可压缩的粘性超弹性本构关系建模，流动的特征由固相体积分数、雷诺数和毛细管数三个主要的无量纲参数表征。有效粘度对这三个量的依赖关系进行了研究，以研究惯性效应对悬浮的可变形颗粒。可以观察到，悬浮液具有剪切稀化行为，并且在高剪切速率下有效粘度的降低在更密集的配置中被强调。雷诺数和毛细管数的单独分析表明，有效粘度取决于毛细管比雷诺数。此外，我们的模拟表现出一致的趋势，可变形的颗粒向中心的通道，其中的剪切速率是低的。这种现象对于非常稀的悬浮液特别明显，其中靠近壁的整个区域没有颗粒。此外，当体积分数增加时，由于更高的相互颗粒相互作用，该近壁区域逐渐被占据。变形能力在这个过程中也起着重要的作用。事实上，在高毛细管数下，颗粒对剪切速率变化更敏感，并且可以更容易地改变它们的形状以在通道的中心区域容纳更多数量的颗粒。
2020-10-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two-way coupling of FENE dumbbells with a turbulent shear flow
本文对中等雷诺数下的平面剪切湍流中的可伸长非线性弹性（FENE）哑铃进行了数值研究。聚合物系综在介观水平上由一组带布朗噪声的随机常微分方程描述。牛顿溶剂的动力学由纳维-斯托克斯方程确定。哑铃与溶剂的动量传递通过纳维-斯托克斯方程中的附加体积强迫项来实现，使得所得粘弹性流体的两个组分通过双向耦合连接。哑铃的动力学由牛顿第二运动定律给出，包括小惯性效应。我们调查不同程度的哑铃的弹性和惯性，分别由Weissenberg和Stokes数的流动的动力学。对于在我们的研究中可访问的参数，聚合物对湍流的宏观性质的反馈的幅度仍然很小，量化的全球能量预算和雷诺应力。对于较大的颗粒惯性，观察到湍流阻力减少高达20%。哑铃的角度统计数据显示，两者的平均流动方向越来越一致，增加了弹性和惯性。这与流向湍流速度分量的横向导数的概率密度函数的不对称性的增长是一致的。我们发现，哑铃得到拉伸参考的区域中，涡拉伸或双轴应变占主导地位的局部动力学和拓扑结构的速度梯度张量。
2007-04-10 nlin.CD physics.flu-dyn
From the butterfly effect to intrinsic randomness: the spontaneous growth of singular shear flows
蝴蝶效应今天通常被认为是确定性混沌系统对初始条件的敏感依赖。然而，这只是洛伦兹开创的不可预测性概念的一个方面，他实际上预测了多尺度流体流动可以自发地失去其确定性，并变得内在随机。这种效应与混沌截然不同，目前还无法进行详细的物理观察。在这里，我们证实了这种情况下，它是固有的基本开尔文-亥姆霍兹流体动力学不稳定性的初始奇异剪切层。此外，我们提供的证据表明，由此产生的宏观流动显示出普遍的统计特性，这些特性由微观尺度的特定物理特性触发，但独立于微观尺度的特定物理特性。这种自发的随机性被解释为一个欧拉对应理查森的拉格朗日粒子的相对分散，给物质的随机性在湍流的内在本质。
2020-04-19 physics.flu-dyn
Axisymmetric inertial modes in a spherical shell at low Ekman numbers
研究了粘性趋于零时球壳中轴对称惯性模传播的渐近性质。我们确定了三种本征模，其本征值遵循非常不同的法律作为埃克曼数$E$变得非常小。第一种是与特征吸引子相关联的模式，该特征吸引子由紧密跟随特征吸引子所跟踪的周期轨道的薄剪切层制成。第二种是由剪切层组成的模态，它连接球壳内边界的两个半球的临界纬度奇点。三是拟正则模与频率相关的中性周期轨道的特征。我们彻底分析了吸引子模式的数值解的一个子集的渐近法管辖的特征值。我们发现，三个长度尺度成比例的$E^{1/6}$，$E^{1/4}$和$E^{1/3}$控制的形状与这些模式相关联的剪切层。这些尺度指出了小参数$E^{1/12}$在这些振荡流中的关键作用。用一个简化的粘性Poincaré方程模型，我们可以给出一个近似的解析公式，再现在这种剪切层的速度场。最后，我们还提出了一个分析的准正规模式，其频率接近$\sin(π/4)$和解释为什么一个球壳内的流体不能响应任何周期性的强迫在这个频率时，粘度消失。
2018-02-21 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
The third-order law for increments in magnetohydrodynamic turbulence with constant shear
本文将均匀不可压缩磁流体（MHD）湍流中三阶结构函数的理论推广到存在常速度剪切的情况。一个概括的通常的关系[Politano和Pouquet，物理评论E，57 - 21（1998）]之间的三阶结构函数和耗散率在稳定的惯性范围内的湍流，其中剪切起着至关重要的作用。特别地，剪切的存在导致三阶定律，其不是简单地与相对分离成比例。对实验室和空间等离子体的可能影响进行了讨论。
2009-07-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Shear dynamics of polydisperse double emulsions
本文用数值方法研究了对称剪切流场中多分散双重乳状液的动力学。我们发现，分散性和剪切速率至关重要的影响的行为的最内层的下降和周围的壳。虽然在低/中等值的剪切速率下，内部液滴围绕共同的质心周期性地旋转，该共同的质心由在乳液内形成的流体涡流触发，通常与它们的多分散性无关，但是在较高值下，这种动力学仅在多分散性增加时发生，因为发现单分散液滴沿着剪切流排列，并且在后期变得近似静止。我们的模拟还表明，多分散性的增加有利于核心之间的近距离接触和持续碰撞，同时阻碍外部液滴的形状变形。这些影响的定量评价也提供。
2021-03-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Magnetic field dynamos and magnetically triggered flow instabilities
LIMTECH联盟的A2项目旨在更好地了解与宇宙磁场的产生和作用有关的磁流体动力学不稳定性。这些包括磁流体发电机效应和各种磁触发流动不稳定性，如磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性。该项目的目的是支持实验能力，以便在德雷斯登钠设施的框架内进行DYNamo和热工水力研究（DRESDYN）。一个相关的启动补助金的重点是对新发现的旋转流与正剪切磁不稳定的液态金属实验的尺寸。本文综述了这两个项目的主要成果。
2017-05-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Shear-Induced Electrophoretic Migration Perpendicular to the Electric Field
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）
研究结合剪切流和电场下介电粒子的横向迁移，通过扩展浓度极化理论揭示剪切流打破离子浓度对称性导致迁移，并给出速度表达式，预测迁移方向反转。
2026-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Optimal perturbations and transition energy thresholds in boundary layer shear flows
在空间发展的边界层流动中，有限振幅扰动可以有效地触发亚临界湍流转捩。在这项工作中，我们采用伴随为基础的优化，以确定最佳的初始扰动的Blasius边界层，最终在计算的亚临界过渡临界能量阈值和相关的完全本地化的临界最佳在空间上扩展的配置，所谓的最小种子。通过动态地重新调整局部边界层厚度的变量，我们发现，所确定的边缘轨迹接近相同的吸引相空间区域，如以前报道的边缘轨迹，并达到该区域更有效。
2020-12-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Viscometric flow of dense granular materials under controlled pressure and shear stress
本研究利用离散元法模拟，探讨在外部剪应力与压力作用下，密实颗粒物料的流动。在这种方法中，允许材料沿所有周期性方向应变，并响应于内部应力状态和外部施加应力之间的不平衡来调整其固体体积分数。通过系统地改变外部剪切应力和压力，稳态流变响应模拟：（1）率无关的准静态流;（2）率相关的惯性流。模拟的流动是具有不可忽略的第一和第二法向应力差的粘度。在惯性流中，两个法向应力差均为负值，而在准静态流中，第一个法向应力差由负值变为略正值，第二个法向应力差趋于零。第一个法向应力差出现从一个第二列接触织物张量和应变率张量之间的流动平面的同轴性缺乏，而第二个法向应力差是链接到一个过剩的接触在剪切平面相比，涡度方向。一个通用的流变学模型的二阶（应变率张量），提出来描述这两种类型的流，和模型校准的各种值的颗粒间摩擦模拟近单分散球体。该模型采用了正常的应力差异，在这两个制度的流动，并提供了一个完整的粘度稳定的致密颗粒流的描述。
2020-11-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Two regimes of dilute turbulent settling suspensions under shear
本文数值研究了剪切流中稀释非惯性沉积物的湍流沉降，发现根据沉降速度可分为均匀弱分层湍流和顶部湍流底部间歇边界层两种状态，中等沉降速度下流动层流化。
2025-05-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Shear-thinning and shear-thickening emulsions in shear flows
本文研究了双流体乳状液在半浓条件下的流变学，溶质为牛顿流体，溶剂为非弹性幂律流体。手头的问题是通过直接数值模拟，使用流体体积法。在惯性可忽略和浮力为零的假设下，对不同的体积分数和粘度比进行了分析。几种载体流体被认为包括剪切变稀和增稠行为。我们表明，该系统的有效粘度增加剪切增稠流体和剪切变稀的所有考虑的粘度比减少。乳液粘度的变化主要是由于通过改变载液性质获得的系统中的聚结的修改：事实上，在剪切增稠和稀化流体的两个相互作用的液滴之间的区域中分别发现局部大剪切速率和低剪切速率，导致局部粘度增加和降低，这最终影响系统的排水时间。这个过程是独立的两种流体的名义粘度比，我们表明，它不能被理解，只考虑平均剪切速率和粘度的两种流体在整个域，但剪切速率的全谱必须考虑。
2021-08-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unbalanced instabilities of rapidly rotating stratified shear flows
本文研究了在强旋转和层化条件下，旋转、分层、无粘的槽道水平面Couette流的线性稳定性。能量参数被用来表明，不稳定的扰动必须有大的波数。这促使使用的WKB方法，在第一种情况下，提供了一个近似的色散关系的各种波，可以在流中传播。这些是开尔文波，被困在通道壁附近，惯性-重力波有或没有转折点。虽然，波相速度被发现是真正的Rossby数的所有代数订单，我们建立的流量，无论是气旋或反气旋，是无条件不稳定的。这是具有相反符号的波动量的波之间的线性共振的结果。我们得到渐近估计的不稳定增长率，这是指数小的Rossby数，并确认它们通过数值计算。我们的结果扩展了Kushner等人（1998）和Yavneh等人（2001）的结果，突出了在地球物理流体动力学中广泛使用的所谓平衡模型的局限性，该模型滤除了开尔文波和惯性重力波，从而预测了库埃特流的稳定性。它们也与泰勒-库埃特流和天体物理吸积盘的稳定性有关。
2006-11-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comparison of Two Scale-Dependent Dynamic Subgrid-Scale Models for Simulations of Neutrally Buoyant Shear-Driven Atmospheric Boundary Layer Flows
基于Kolmogorov尺度假设，提出了一种新的尺度相关动态亚网格尺度（SGS）模型。该SGS模式被用于一个著名的案例研究剪切驱动的中性大气边界层流动的大涡模拟。结果进行了全面的比较，与一个替代的规模依赖的动态SGS模型的基础上流行的Smagorinsky封闭。我们的研究结果表明，在这个特定问题的背景下，尺度相关的动态建模方法是非常有用的，并再现了几个建立的结果（例如，表层相似理论）。从这两个SGS基础模型的结果通常是密切一致的，虽然我们发现一个一致的优势，Smagorinsky为基础的SGS模型预测的惯性范围缩放的光谱。
2006-08-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
