Effects of bulk viscosity, heat capacity ratio and Prandtl number on the dispersion relationship of the compressible Navier-Stokes equation
本文研究三维线性化可压缩 Navier-Stokes 方程中 $κ/μ$、$γ$ 和 $Pr$ 对声学与熵模态色散及扩散的影响，并给出预测显著扰动演化范围的经验关系。
2023-07-03 physics.flu-dyn
Wave-appropriate reconstruction of compressible flows: physics-constrained acoustic dissipation and rank-1 entropy wave correction
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种适波重建方法，通过优化声学耗散参数和熵波修正，提升亚声速和超声速流场的计算精度，同时减少对接触间断检测器的依赖。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Isotropic polarization of compressible flows
可压缩绝热流的螺旋绝对平衡不仅表现为两个手征相反的纯螺旋模之间的极化，而且表现为涡模和声模之间的极化，偏离了{ \sc Kraichnan，R. H.} [1955美国声学学会杂志{ \bf 27}，438- 441.]。由于声学模式的存在，即使锐化Helmholtz分解[{ \sc Moses，H. E.} 1971年SIAM ~（Soc. Ind. Appl. Math.）J. Appl. Math. { \bf 21}，114- 130]中的方法被完全截断，使系统具有正定螺旋度和能量，不允许出现负温度和相应的大尺度涡模集中，这与不可压缩的情况不同。
2019-01-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Exact solution to the main turbulence problem for a compressible medium and the universal -8/3 turbulence spectrum of breaking waves
基于无界情形下一维欧拉方程的精确解，得到了可压缩湍流的显式分析描述。昂萨格耗散异常得到解决。给出了对应于欧拉解有限时间坍缩的精确普适-8/3能谱。该频谱与强声湍流和空间湍流观测有关。
2021-07-13 physics.flu-dyn
An efficient semi-implicit solver for direct numerical simulation of compressible flows at all speeds
本文发展了一种半隐式算法，用于可压缩纳维-斯托克斯方程的时间精确模拟，特别是壁面有界流动。该方法基于与声波相关联的部分对流通量的线性化，以这种方式抑制或至少减轻声学时间步长限制。再加上用熵输运方程代替总能量方程，这种方法避免了经典方法中所涉及的块带状矩阵的求逆，这被标准带状矩阵的要求较低的求逆所取代。通过近似因式分解，将该方法推广到粘性项的隐式积分和多维空间，并作为三阶Runge-Kutta时间推进格式的构造块。对各向同性湍流、平面槽道流动和方管流动进行了数值实验。所有可用的数据支持更高的计算效率比现有的方法，和节省资源的范围从$85\%$在低亚音速流条件下，约$50\%$在超音速流。
2016-08-30 physics.flu-dyn
Numerical study on sound vibration of an air-reed instrument with compressible LES
采用可压缩大涡模拟（LES）方法对气笛乐器的声学机理进行了数值研究。本文以二维空气簧片乐器模型为例，成功地再现了在谐振器中激发的声振荡，并研究了空气簧片乐器的特性，即，由Cremer & Ising、Coltman等作者根据实验结果发展的半经验理论所描述的声波频率与射流速度的关系。
2010-05-19 physics.flu-dyn
Fully Discrete Active Flux Method based on Transported Acoustic Increments for the Compressible Euler Equations
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出基于传输声学增量的完全离散主动流法，用于求解二维可压缩欧拉方程。该方法通过重构单元级Q2场并评估其在目标点的凸性脚部，实现精确的未分裂冻结演化，保留了Barsukow的精确局部线性化声学演化算子，并在数值实验中展示了三阶收敛性、低熵耗散及鲁棒的无限制演化。
2026-09-15 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Helmholtz's decomposition for Aeroacoustics using a standard Flow Solver
本文提出用标准流动求解器实现亥姆霍兹分解，将可压缩速度场分解为涡旋与可压缩结构，并在带唇缘溢流腔体上验证了其识别低马赫数等温流动中声辐射的有效性。
2023-08-08 physics.flu-dyn
Time-averaged Dynamics of Compressible Particles in Oscillatory Gradient Flows
本文提出连接入射振荡流与颗粒时间平均受力的解析理论，利用 Lorentz 互易定理得到含非线性惯性力的类 Faxén 关系，并通过数值模拟验证其对声流颗粒输运及运动反转的预测。
2023-10-02 physics.flu-dyn
A diffuse-interface method for compressible two-phase flows with seven- and six-equation models
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究针对可压缩两相流的六、七方程非平衡模型，提出新型diffuse-interface方法，改进了相密度隐式捕获，经KEEP离散化后在高密度比测试中展现出长时间积分的准确性、稳定性与鲁棒性。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Covariant Chu-Kovasznay Decomposition: Resolving Thermodynamic Ambiguity in Compressible Flows
本文提出协变丘-科瓦兹奈分解框架，通过有效声学时空表征解决可压缩流中热力学歧义问题，揭示激波-湍流相互作用为近单位ary散射映射，展示熵波动转化为声波的几何蓝移效应。
2026-03-31 physics.flu-dyn
Shock Wave Interaction with a Naturally Generated Vortex Ring
针对传统不可压缩涡环模型仅适用于低马赫数的局限，本研究用脉冲射流生成可压缩涡环，通过数值模拟研究其与不同马赫数激波的强相互作用及声波生成，拓展了激波-涡相互作用的研究范围。
2024-08-27 physics.flu-dyn
Acoustic Analogue of Bloch Oscillations and Resonant Zener Tunneling in Ultrasonic Superlattices
我们证明了存在的Bloch振荡的声场声传播通过超晶格的水腔和层的甲基丙烯酸甲酯。为了获得Wannier-Stark阶梯的声学等效，我们采用了一组具有不同厚度的腔。布洛赫振荡被观察到的时间分辨振荡的传输在一个直接的类比电子布洛赫振荡偏置半导体超晶格。此外，对于腔厚度的特定梯度，发生两个声学迷你带的重叠，这导致谐振齐纳类传输增强。
2007-01-18 cond-mat.other physics.flu-dyn
A Dual Grid Method for the Compressible Two-Fluid Model which Combines Robust Flux Splitting Methodology with High-Resolution Capturing of Incompressible Dynamics
两相管流系统中的声速通常比水力信息（体积分数）的传播速度大几个数量级。动态模拟这样的流动需要分辨率的声波和液压波存在于非常不同的空间和时间尺度。如果在相同的数值网格上进行模拟，则对液压波精度的需求将需要放大声波的分辨率。同样，受声速限制的时间步长与液压波中有效的时间尺度相比较小。这构成了计算潜力的浪费。本文提出的方法简化了水力尺度和声学尺度，大大提高了计算效率。建议的双重网格方法解决了一个四方程的可压缩双流体模型上的主网格，强大的帐户的压力演变和守恒的质量和动量。一个不可压缩的两方程模型在同一时间解决了一个更精细的网格，解决了水力演变的细节。来自两个模型配方的信息通过控制输运方程的项耦合，提供网格之间的一致性。精确和精细解决方案，然后可以采用不可压缩的两流体模型，而不会遭受的时间和稳定性的限制，否则由声波强制执行。与此同时，Evje和Flatten（2005 a）的混合中心-逆风通量分裂方案允许在不损失水力精度的情况下对声波进行显式和数值鲁棒处理。对四个不同的问题的双重网格方法进行了测试。在所有的问题中，所提出的计划提供了显着增加的计算效率和精度相比，一个单一的网格安排。
2018-11-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluid-structure model for disks vibrating at ultra-high frequency in a compressible viscous fluid
针对圆盘谐振器在可压缩粘性液体中的超高频率径向振动，本文建立解析流固耦合模型，给出品质因数与频移的闭式表达式，并揭示1 GHz以上可压缩性效应的重要性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Parametric internal waves in a compressible fluid
我们描述了振动对有限体积流体的影响，由于其可压缩性，流体是密度分层的。我们表明，内部重力声波可以参数不稳定的振动。由此产生的不稳定性类似于经典的法拉第不稳定性的表面波，虽然修改的可压缩性质的流体。在气液临界点附近进行实验观察是可能的。
2009-10-26 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Experimental demonstration of negative refractionwith 3D locally resonant acoustic metafluids
声波的负折射是通过在超声波频率下进行的三维局部共振声学超流体实验证明的，该超流体由软多孔硅橡胶微珠悬浮在屈服应力流体中制成。根据斯涅耳定律，通过测量声束穿过这种棱柱形超流体的折射角，我们确定了对水的声学指数。这些实验数据，然后进行了比较，一个很好的协议进行计算的框架内的多重散射理论表明，出现负折射取决于体积分数$Φ$的共振微珠。对于稀释的元流体（$Φ=3\%$），仅发生正折射，而对于浓缩的元流体（$Φ=17\%$），在宽频带上表现出负折射。
2021-01-04 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Temperature dependence of bulk viscosity in water using acoustic spectroscopy
尽管它在可压缩流体动力学中的基本作用，体积粘度很少受到实验的关注，并且仍然缺乏测量数据。声学光谱学提供了一种可靠而准确的方法来测量该参数。从可压缩流体的Navier-Stokes模型出发，可以表明体积粘度对频率平方声衰减有显著且可测量的贡献。在这里，我们采用这种方法来确定在7至50摄氏度的温度范围内的密理博水的体积粘度。测得的衰减谱与理论预测是一致的，而水的体积粘度被发现是大约三倍大于其剪切对应，加强其意义上的声传播。此外，我们的研究结果表明，这种技术可以很容易地和普遍适用于流体，以准确地确定其温度依赖的体积粘度。
2010-02-16 physics.flu-dyn physics.gen-ph
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
Analytical solution for an acoustic boundary layer around an oscillating rigid sphere
流体动力学中的解析解可用于阐明复杂流动的物理特性，并可用作数值模型的测试用例。在这项工作中，我们提出的声学边界层，在可压缩流体中执行小振幅谐波直线运动的刚性球周围的发展的解析解。描述主流的数学框架与线性弹性固体中的波传播的数学框架相同，不同之处在于波数出现复数而不是实值。该解在特殊的极限条件下恢复到著名的经典解：薄边界层极限条件下的势流解、大球半径极限条件下的振荡平板解和无限声速不可压缩极限条件下的Stokes流解。作为分析结果，得到了稳态的二阶声流流动。该流动由雷诺应力张量驱动，该雷诺应力张量产生于围绕这样的刚性球体的轴对称一阶主流。这些结果是用对球的小振幅振荡有效的非线性纳维-斯托克斯方程线性化得到的。流动流服从时均Stokes方程，其体积力由Nyborg模型给出，其中上述可压缩牛顿流体中的主流用于估计时均体积力。数值结果，探索不同的制度的复杂的横向和纵波数的主要流动的特点。
2020-12-06 physics.flu-dyn
Aeroacoustic source term filtering based on Helmholtz decomposition
混合航空声学方法寻求计算效率和稳健的噪声预测。利用已有的航空声波方程，我们提出了一种通用的混合航空声学方法，基于可压缩源数据。与目前最先进的航空声学类比的主要区别在于，使用额外的分解来计算航空声源项，并且基于可压缩流数据将其应用扩展到源制剂。通过在任意区域上应用Helmholtz-Hodge分解，我们提取了可压缩流模拟的不可压缩投影（非辐射基流）。该方法保持了混合气动声学方法的良好特性，同时考虑了对基流的可压缩影响。的能力说明了航空声学基准的情况下，“腔唇”，涉及声反馈。该研究是基于涡声方程，以纳入对流效应在波传播。
2020-06-05 physics.flu-dyn
Analysis of the absorbing layers for the weakly-compressible lattice Boltzmann schemes
格子Boltzmann格式在计算气动声学中是一种非常有效的方法。为了处理LBS的吸声边界条件问题，提出了三种阻尼项，并将其加入到LBS控制方程的右侧。从经典理论来看，这些项在吸收和减小计算边界的声波反射方面起着重要作用。同时，恢复了含阻尼项的宏观方程，用于分析阻尼项的宏观行为，确定临界吸波强度。此外，为了检测耗散和色散行为，线性化LBS与阻尼项推导和分析。通过冯诺依曼分析，在波数空间的色散和耗散性质进行了探讨。给出了相应的阻尼强度临界值和最佳吸收项。最后，一些基准问题的实施，以评估理论的结果。
2012-03-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamic/acoustic splitting approach with flow-acoustic feedback for universal subsonic noise computation
本文介绍了一种将可压缩纳维-斯托克斯方程分解为一组等效的流声耦合方程的通用方法。作为一个显着的扩展标准的流体动力学/声学分裂方法，该方法提供了必要的耦合项，占反馈的声学流动。一个独特的简化版本的分裂方程系统与反馈推导出符合可压缩纳维-斯托克斯方程在亚音速流区，反馈减少到一个额外的条款，在流动动量方程。亚音速模拟进行流声反馈的情况下，使用一个规模解决运行时耦合的分层笛卡尔网格求解器，它与不同的显式时间步长大小不可压缩流和声学。第一个模拟案例的重点是一个通用长笛的音调。通过引入主要的流声反馈项，模拟结果与Kühnelt基于Lattice-Boltzmann模拟的参考结果一致。相反，关闭反馈项的标准混合流体动力学/声学方法缺乏适当的音调。作为第二种模拟情况，研究了管道中厚板在不同低马赫数下Parker-beta模式共振附近的情况。模拟结果表明，与Welsh等人的实验数据非常吻合的流声反馈机制。模拟和理论考虑表明，反馈项不会减少基于稳定对流的流动方程的时间步长。
2020-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Energy Transfer and Spectra in Simulations of Two-dimensional Compressible Turbulence
我们提出了高分辨率数值模拟结果的可压缩二维湍流被迫在中间空间尺度与螺线管白色的时间外部加速度。详细研究了具有等温状态方程、低能注入率和湍流马赫数$M\approx0.34$且无能量凝聚的情况。能谱和通量的分析表明，从不可压缩的情况下熟悉的经典的双级联图片是实质上修改的压缩性效应。虽然小尺度直接涡度拟能级联基本上保持完整，但大尺度能量通量环与直接声能级联一起形成，以补偿螺线管动能的逆传递。在小尺度下，直接涡度拟能和声学能量级联在小的马赫数下完全解耦，因此相应的谱能量斜率符合理论预测。在大尺度下，声波在涡旋上的色散使湍流速度谱软化，而与相干涡旋相关的势能的伪声分量使势能谱变陡。
2018-02-22 astro-ph.GA nlin.AO physics.comp-ph
A unified algorithm for interfacial flows with incompressible and compressible fluids
界面两相流的大多数可用的数值算法要么将两个流体相视为不可压缩（恒定密度），要么将两个相视为可压缩（可变密度）。这对许多两相流（例如亚音速燃料喷射）的预测提出了限制，因为由于液体的非常刚性的压力-密度-温度耦合，将两相都视为可压缩的在计算上昂贵。一个框架的能力，治疗一个阶段的可压缩和其他阶段的不可压缩的，因此，有一个显着的潜力，以提高计算性能，仍然捕捉所有重要的物理机制。我们提出了一种数值算法，可以模拟界面流在所有马赫数制度，范围从$M=0$到$M > 1$，包括界面流中的可压缩和不可压缩流体相互作用，在同一个压力为基础的框架和保守的有限体积离散。对于只有不可压缩流体或只有可压缩流体的界面流，建议的基于压力的算法和有限体积离散化减少到数值框架，已经在文献中提出。典型的算例被用来验证所提出的算法，包括混合的可压缩-不可压缩界面流与声波，冲击波和稀疏风扇。
2022-01-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Acoustics of a partially partitioned narrow slit connected to a half-plane: case study for exponential quasi-bound states in the continuum and their resonant excitation
开放系统中的局域波振荡不随时间衰减或增长，尽管它们的频率位于携带能量到无穷远或来自无穷远的辐射模式的连续谱内，被称为连续谱中的束缚态（BIC）。BIC的典型微妙条件的小扰动几乎总是导致波与辐射模式弱耦合，导致称为准BIC的泄漏状态，其具有大的品质因数。我们研究了这种弱耦合的渐近性质的情况下，声波相互作用的刚性基板具有部分分区狭缝-设置，支持准BIC指数接近BIC的狭缝越来越窄。在此极限下，我们用匹配渐近展开法结合互易关系研究了这些准BIC及其共振激发。特别是，我们推导出一个领先的近似指数小虚部的每个波数特征值（成反比的品质因数），这是超出了所有的订单的扩展波数特征值本身。此外，我们推导出一个领先的近似的指数大振幅的状态的情况下，它们是共振激发的平面波在斜入射。这些共振发生在指数狭窄的波数间隔，并在物理上表现在圆柱形偶极波从狭缝孔径和狭缝内的指数大的字段增强。数值计算的渐近近似验证。
2022-01-09 physics.app-ph physics.flu-dyn
Unpinning of trapped oil droplets via non-resonant acoustic streaming in capillary tubes
Joule Physics Laboratory, School of Science, Engineering and Environment, University of Salford（索尔福德大学科学与工程环境学院焦耳物理实验室）
建立自洽解析模型，利用非共振二阶声流与静态驱动梯度耦合，突破毛细管中非润湿液滴的钉扎阈值，并推导出最优吸收系数条件（α=1/2x₀）以最小化换能器功率、最大化迁移速度。
2026-08-27 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Wave or Physics-Appropriate Multidimensional Upwinding Approach for Compressible Multiphase Flows
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种多维算法，利用特征空间中欧拉方程的波结构和物理空间中变量的物理性质，通过不同重建方案增强准确性并减少数值伪影。
2025-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Complex Dynamics of an Acoustically Levitated Fluid Droplet Captured by a Low-Order Immersed Boundary Method
提出一种结合声学微扰理论的混合浸入式边界方法，半解析求解声学散射并建模时间平均声学力，实现了驻波中声悬浮液滴动力学的高效模拟，并揭示了椭圆形液滴的流型新见解。
2024-03-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The Acoustic Resonant Drag Instability with a Spectrum of Grain Sizes
研究了驱动声共振阻力不稳定性的尘埃颗粒具有宽的、不同尺寸的连续谱时，声共振阻力不稳定性（RDI）的线性增长和非线性饱和。这种物理学通常适用于由辐射压力驱动的尘埃风，例如发生在红巨星，恒星形成区或活动星系核周围。根据颗粒的物理尺寸与驱动风的辐射场的波长的比较，出现了两种性质不同的状态。在大于辐射波长的颗粒的情况下-称为恒定漂移状态-颗粒通过气体的平衡漂移速度近似与颗粒尺寸无关，导致不同尺寸的颗粒之间的强相关性，这些颗粒在饱和非线性湍流中持续存在。对于小于辐射波长的晶粒-称为非恒定漂移区-线性不稳定性的增长速度比单晶粒尺寸RDI慢，只有较大的晶粒在饱和状态下表现出类似RDI的行为。一个详细的研究表明，在恒定漂移制度的外流可能是通过碰撞，大碰撞率，但低碰撞速度的晶粒生长的有效网站。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
A physical picture for the acoustic resonant drag instability
本文针对声学共振曳力不稳定性（RDI）建立了清晰的物理图像，揭示其由声波会聚流浓缩尘埃与漂移尘埃团块激发声波这两个耦合机制在共振时形成不稳定反馈回路，并发现该效应在远离共振时仍较强，可简化数值模拟。
2024-01-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Nonlinear Saturation of the Acoustic Resonant Drag Instability
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Otago（奥塔哥大学）；Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology (KIPAC), Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所）
研究声学共振拖曳不稳定性在非线性阶段的饱和机制，揭示其与湍流涡旋翻转时间尺度的平衡关系。
2026-02-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Acoustic and inertial modes in planetary-like rotating ellipsoids
旋转的充满流体的椭球体的有界振荡可以提供物理洞察变形行星内部的流动动力学。由科里奥利力维持的惯性模式在快速旋转的流体中普遍存在，并且Vantieghem（2014，Proc. R. Soc. A，470，20140093，doi：10.1098/rspa.2014.0093）开创了一种在不可压缩流体椭圆体中计算它们的方法。然而，考虑到密度（和压力）的变化是需要精确的行星应用，这在很大程度上被忽略了椭球模型。为了超越不可压缩的理论，我们提出了一个在刚性无芯椭球的Galerkin方法，基于一个整体的多项式描述。我们应用该方法来研究完全可压缩，旋转和无扩散流体的正常模式。我们考虑一个理想化的模型，它公平地再现了地球的液体核心和类星体的气体行星的密度变化。我们成功地对标准的有限元计算结果进行基准测试。值得注意的是，我们发现，准地转惯性模式可以显着修改的压缩性，即使在中等可压缩的内部。最后，我们讨论了使用正常模式建立简化的动力学模型的行星流。
2021-08-31 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Resonant Drag Instability (RDI): Acoustic Modes
最近，Squire & Hopkins（2017）表明，任何耦合的尘埃-气体混合物都受到一类线性“共振阻力不稳定性”（RDI）的影响。这些可以驱动大的粉尘气体比波动，即使在任意小的粉尘气体质量比。在这里，我们确定和研究共振和新的非共振不稳定性，在简单的情况下，气体满足中性流体力学和支持声波（$ω^{2}=c_{s}^{2}\,k^{2}$）。气体和尘埃通过任意阻力定律耦合，并受到外部加速度（例如重力，辐射压力）的影响。如果存在任何尘埃漂移速度，则系统不稳定。不稳定性存在于{ \em all}尘气比$μ$和它们的增长率仅弱依赖于共振附近的$μ$，如$\simμ^{1/3}$或$\sim μ^{1/2}$（取决于波数）。行为的变化取决于漂移速度是大于还是小于声速$c_{s}$。在超音速制度的“共振”不稳定性出现增长率增加没有限制的波数，甚至为消失的小$μ$和耦合强度（“停止时间”）的值。在亚音速范围内，非共振不稳定性总是存在的，但它们的增长率不再朝着小波长无限增加。不稳定性的尺度和定性行为不敏感地依赖于气体的阻力定律或状态方程。不稳定性直接驱动指数增长的灰尘与气体的比值波动，这可能是大的，即使模式是否则弱。我们讨论了冷星风，活动星系核驱动的风和鸟居，和星暴风的物理意义：不稳定性改变这些外流的性质，并可能驱动结块和/或湍流的尘埃和气体。
2018-11-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
