Influence of fluidizing medium on hydrodynamics and particle mixing in a binary fluidized bed: a CFD-DEM study
School of Mechanical and Materials Engineering, Indian Institute of Technology Mandi（印度曼迪理工学院机械与材料工程学院）
本研究通过CFD-DEM模拟比较水和空气作为流化介质对二元流化床的影响，发现归一化速度下空气流化导致更大膨胀和更强混合，而水流化床更均匀，表明流体性质显著影响颗粒输运机制。
2026-09-16 physics.flu-dyn
Fluid Mixing from Viscous Fingering
粘性指进是一种众所周知的流体动力学不稳定性，当粘性较小的流体取代粘性较大的流体时发生。当这两种流体是可混溶的，粘性指进引入速度场的无序，并对流体混合的速率施加基本的控制。我们展示了粘性不稳定流动中混合过程的流体动力学视频，该视频是使用对任意粘度比稳定的计算策略通过高分辨率数值模拟生成的。我们开发了一个两方程的浓度方差和平均耗散率的动态模型来量化在这样的位移过程中的混合程度。该模型准确地再现了这两个量的演变，在高分辨率的数值模拟中观察到的，并捕捉到的非平凡的沟道和创建的界面区域之间的相互作用，作为粘性指进的结果。
2011-10-13 physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
Yield-Stress Fluid Mixing: Localization Mechanisms and Regime Transitions
本研究通过模拟二维Bingham流体的搅拌过程，揭示了屈服应力流体混合的三种局域化机制，划分出三类混合流态并明确其临界参数，为搅拌釜应用中的混合行为预测提供了机制框架。
2025-03-12 physics.flu-dyn
CFD-DEM study of mixing in a monodispersed solid-liquid fluidized bed
该研究采用非解析CFD-DEM模型研究单分散固液流化床混合特性，用两种方法量化不同条件下的床层混合，得出无量纲混合时间存在平台期、床层无优先混合组分、多数碰撞特性对混合影响可忽略的结论。
2024-06-21 physics.flu-dyn
Inertial particle entrainment in a shearless mixing layer
本文伴随提交的流体动力学视频（条目V032）的惯性颗粒夹带在无剪切混合层的画廊流体运动的第64届美国物理学会年会，流体动力学司。
2011-10-13 physics.flu-dyn
Strong effect of fluid rheology on electrokinetic instability and subsequent mixing phenomena in a microfluidic T-junction
本研究提出了一个详细的调查如何流体的流变行为可能会影响电动不稳定性（EKI）的现象，在微流体T型接头。非牛顿幂律模型与不同值的幂律指数（n）被用来获得不同的流变行为的流体。我们发现，当流体的流变行为从剪切增稠（n > 1）到剪切变稀（n < 1），再经过牛顿（n = 1）流变行为时，在相同的条件下，EKI现象受到显著的影响。特别是，这种EKI现象的强度被发现是显着高于剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。因此，与在牛顿流体和剪切增稠流体中实现的混合现象相比，在剪切变稀流体中通常使用这种EKI现象实现的相应混合现象也显著增强。从流线、速度波动、浓度场、混合效率等方面详细分析了流动动力学和混合现象，在这项研究中提出和讨论。我们还采用数据驱动的动态模式分解（DMD）技术来分析流场更详细。特别是，与不同值的幂律指数获得的相干流结构的信息，有利于理解EKI诱导的混沌对流和混合现象，以更好的方式，例如，为什么混合效率较高的剪切稀化流体比在牛顿和剪切增稠流体。此外，我们观察到，这些相干结构的空间范围和强度显着不同的幂律指数的变化，从而提供了有价值的见解，否则不清楚从其他分析的基础流动动力学的某些方面。
2022-10-18 physics.flu-dyn
Lagrangian description and quantification of scalar mixing in fluid flows from particle tracks
Leuphana Universität Lüneburg（莱纳大学）；Hamburg University of Applied Sciences（汉堡应用科学大学）
本文提出一种数据驱动方法，结合扩散图和确定性粒子方法，用于描述和量化流体中标量的输运与混合过程。
2026-04-16 physics.flu-dyn
Numerical analysis on mixing processes for transcritical real-fluid simulations
跨临界真实流体流动的精确和鲁棒模拟对于许多工程应用至关重要。扩散界面法是常用的方法，已有几种数值格式用于模拟跨临界流动。这些格式可分为完全保守格式和拟保守格式。在这项研究中开发的自适应计划，这是一个混合的两个。通过考虑几个数值试验的情况下，不同的计划预测明显不同的混合行为。结果表明，混合过程遵循等压绝热和等压等容混合模型完全和准保守计划，分别和自适应计划产生的混合行为，跨越两个模型。不同的混合行为是数值扩散而不是物理扩散的结果，可以归因于数值空间分辨率不足。这项工作提供了一个更好的理解解释的数值模拟结果和混合模型，通常用于研究跨临界流。
2017-12-06 physics.flu-dyn
Spatially resolved stretching-rotation-stretching sequence in flow topology as elementary structure of fluid mixing
我们进行了二维数值模拟的被动搅拌的两种液体，产生两个空间上可区分的范式速度流，即几个大的扩展涡和快速振荡。利用Okubo-Weiss准则，我们绘制了流场中拉伸和旋转的区域.我们发现，一个基本的振荡序列的拉伸旋转拉伸诱导空间的再分布和浓度梯度的陡峭化，和聚合这样的序列决定流体混合在下游位置。此外，我们量化的范例“拉伸”和“折叠”的流动拓扑结构的基础上，这将有利于搅拌协议的设计开发措施。
2022-10-21 physics.flu-dyn
Variable-density effects in incompressible non-buoyant shear-driven turbulent mixing layers
使用不可压缩（低速）的直接数值模拟时，混合层涉及两种不同密度的可混溶流体的不对称性进行了研究。模拟中进行的时间配置非常大的域的大小，使混合层达到完全湍流自相似增长的延长状态。施加平均密度变化打破了相对于经典的单流体时间混合层问题的平均对称性。与先前的变密度混合层模拟不同，其中流由具有不同热力学性质的相同流体组成，密度变化目前是由于流体流之间的组成差异，导致不同的混合动力学。变密度（非Boussinesq）效应在流量统计中引入了强烈的不对称性，这可以解释为随着自由流密度差的增加，最强的湍流越来越多地迁移到较轻的流体侧。界面厚度增长率也会降低，某些厚度定义对密度和流向速度剖面之间的对齐的相应变化特别敏感。在混合层内的一个给定位置的密度的统计分布的意义上的额外的不对称性揭示，湍流的细尺度优先维持在较轻的流体，这也是最快的混合发生。这些效应影响涉及密度波动的统计数据，这对混合和对混合动力学敏感的更复杂的现象（如燃烧）具有重要意义。
2020-06-24 physics.flu-dyn
Turbulent mixing and a generalized phase transition in shear-thickening fluids
本文提出了搅拌反应器中湍流混合的新理论。混合流体的均匀性程度可以通过柯尔莫哥洛夫微尺度来表征。其值越小，均匀性越好。微尺度与搅拌过程中能量耗散速率的四次方根成反比。该速率越高，λ越小，并且反应器中的均匀性越好。牛顿流体也是如此。在非牛顿流体中，情况有所不同。例如，在剪切增稠流体中，高剪切速率会使流体变稠，并可能抑制混合。不同的流体力学和胶体变量之间的内部相互作用是微妙的，即由于（直到最近）非常有限的理解湍流。从非粘性流体的定性新湍流理论出发[Baumert，2013]，例如，将卡门常数给定为$(2π)^{-1/2} = 0.40$ [普林斯顿的超级管道给出0.40 p/m 0.02，Bailey等人，2014]，我们将这种方法推广到粘性流体的情况，并推导出在稳态下表现出两个解的方程。一个解分支描述了一种良好混合的状态，另一个解分支描述了一种扼杀湍流的状态。物理系统不可能同时处于两种不同的稳定状态。但在物理上允许通过非平稳跃迁在两个稳态之间切换，可能是以混沌的方式。
2015-08-07 physics.flu-dyn
Optimization of fluid mixing by reinforcement learning using limit cycles of a dynamical system
Graduate School of Engineering Science, the University of Osaka（大阪大学工学研究科）
提出一种无需详细流场测量、利用二维动力系统稳定极限环的强化学习优化方法，用于周期性旋转圆柱容器中的流体混合，能适应粘度变化并给出物理合理的优化运动。
2026-09-21 physics.flu-dyn
Mixing in chaotic flows with swimming bacteria
这是一个手稿接受出版物理评论流体，画廊流体运动特刊。该手稿与第39届年度流体运动画廊奖的海报获奖者有关，该奖项是在美国物理学会流体动力学分部第74届年会（美国亚利桑那州凤凰城，2021年）上颁发的。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Fluid viscoelasticity suppresses chaotic convection and mixing due to electrokinetic instability
当两种不同电导率的流体在电场作用下在微流控器件中并排传输时，当所施加的电场强度和电导率比值达到某个临界值后，往往会产生动电不稳定性（EKI）。许多先前的实验和数值研究表明，这种现象会导致微器件内部的混沌流场，从而促进两种流体的混合，如果它们是牛顿行为的话。然而，目前的数值研究表明，这种混沌对流所产生的电动不稳定性，可以抑制，如果流体是粘弹性而不是牛顿的。特别是，我们观察到，随着Weissenberg数（弹性的粘性力的比率）逐渐增加和聚合物粘度比（溶剂粘度的比率，聚合物溶液的零剪切速率粘度）逐渐降低，T微流体连接内的混沌波动在本研究所涵盖的条件范围内减少。我们表明，这种抑制的混沌运动发生由于在两种流体的界面处形成的高弹性应力链。我们进一步表明，这种抑制的混沌波动（特别是展向）抑制两个粘弹性流体的混合。因此，当计划使用EKI现象来混合这种粘弹性流体时，需要谨慎。我们的观察结果是在有限的实验研究中看到的这些种类的粘弹性流体。
2022-05-18 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamically induced mixing in immiscible multilayer flows
在本研究中，我们调查静电稳定机制作用于分层流体。当重流体位于较轻流体上方时，电场已被证明可以控制甚至抑制Rayleigh-Taylor不稳定性。从不同的角度来看，类似的技术也可以用于在其他稳定系统中产生界面动力学。我们的目标是确定主动控制协议，在有限的几何形状，诱导小规模的设备，而没有移动部件的时间相关的流量。这种效应有许多应用，从混合现象到电子光刻。进行了二维计算，并描述了几个这样的协议。我们提出了计算流体动力学视频与不同的底层混合策略，这表明有前途的结果。
2013-10-12 physics.flu-dyn
Modeling Fluid Mixing in Microfluidic Grids
我们描述了一种方法，用于建模流体浓度分布在基于网格的微流控芯片的流体混合。该方法提供了一种预测芯片出口处的流体浓度的算法。我们的算法显着优于COMSOL有限元模拟的运行时间，同时仍然产生的结果，密切接近那些COMSOL。
2019-11-17 cs.CE physics.flu-dyn
Mixing by stirring: optimizing shapes and strategies
通过搅拌器混合二元流体在许多工业和自然环境中是常见的程序，并且混合效率直接转化为更均匀的最终产品、更富集的化合物，并且通常在能量和输入成分方面具有显著的经济节约。混合效率的提高可以通过非传统的搅拌方案以及改进的搅拌器形状来实现，所述搅拌器形状利用不稳定的流体动力学和涡旋脱落特征来促使形成最终屈服于扩散并产生均匀混合物的流体细丝。我们提出了一个偏微分方程约束的优化方法来解决二元流体的混合增强问题。在一个基于梯度的框架内，我们的目标是搅拌策略以及搅拌器的横截面形状，以实现在给定的时间范围内和规定的能量预算内改善混合。优化产生了显着的增强，在最初分离的流体的均匀性，这表明有前途的修改传统的搅拌协议。
2022-08-11 math.OC physics.flu-dyn
Numerical simulation of microscale acoustic streaming flow
在小型化的全分析系统中流体样品的有效混合对于包括生物筛选测定、化学提取、聚合、细胞分析和蛋白质折叠在内的许多应用是必不可少的。微型化的微流体平台最近出现用于微尺度流体混合，其具有高通量样品处理和减少样品消耗的能力。然而，微尺度流体混合固有地受到阻碍，由于在小通道中的低雷诺数流动的特性。微尺度流体混合主要依赖于分子扩散，因此需要较长的处理时间。为了解决这一难题，已经开发了多种用于快速有效混合的主动微流体方法，其使用电动流动、激光诱导流动、磁力搅拌和声学流动（ASF）。在这些具有外力场的技术中，声流体混合由于其按需、可控、无创和生物相容性的性质而受到好评。在本研究中，我们进行了数值模拟的声流，诱导与高度局域化的表面声波（SAW），在微尺度流体通道的基础上的声波衰减模型
2022-10-23 physics.flu-dyn
Flow Field Characteristics of a Supersonic Jet Influenced by Downstream Microjet Fluidic Injection
对下游微射流射流喷射（DMFI）系统对超声速射流混合特性的影响进行了数值研究。DMFI系统是建立在观察以前的实验研究，利用横向射流喷射从四个等距喷射口放置在一个喷射管在下游的距离为1.5马赫数喷嘴。从这些先前的实验的测量表明，射流剪切层的增稠和混合增强作为流体注射的结果。目前的数值研究检查流场的基本物理，以及DMFI系统的有效性在较小的质量流率比相比，在以前的实验中使用。结果表明，与实验研究所观察到的趋势吻合良好，并观察到射流混合的增强有相当大的改善。所观察到的混合增强是由于存在的微喷管和流体注射和随之产生的流向涡，以及自然分离弓激波由于横向流动注射。DMFI系统被证明可以增强早期混合，导致下游湍流产生的衰减。此外，DMFI系统被证明是一种有效的方法，以增强混合的超音速射流与潜在的减少喷流噪声辐射。
2019-09-19 physics.flu-dyn
Topology, Braids, and Mixing in Fluids
在许多实际应用中，用移动棒搅拌流体以达到均匀性是必要的。这些杆是迫使流体元素拉伸的拓扑障碍物。由此产生的拉伸和折叠通常被观察为细丝和条纹，并且是混合的前兆。在时空图中，杆的轨迹形成一个辫子，而这个辫子的性质在流动中施加了最小的复杂性。我们回顾了流体混合的拓扑观点，并讨论了如何辫子可以用来诊断混合和构建高效的混合装置。我们介绍了一种新的，可实现的设计混合设备，银混频器，基于这些原则。
2006-09-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Bounds on the mixing enhancement for a stirred binary fluid
Cahn-Hilliard方程描述了二元液体中的相分离。在这里，我们研究这个方程的空间变化的源和搅拌，或平流。我们专注于对称的混合物和时间无关的来源，并讨论搅拌策略，均质化的二元流体。通过测量组合物偏离其平均值的波动，我们量化了可实现的均质化量。我们发现我们的均匀化措施的上限和下限仅使用Cahn-Hilliard方程和平流的不可压缩性。我们比较这些理论界与数值模拟两个模型流：恒定流，和随机相位正弦流。使用正弦流作为一个例子，我们展示了如何我们的组合物波动的界限提供了一个衡量的有效性，一个给定的搅拌协议，在Brachia相分离的二元流体。
2007-09-12 physics.flu-dyn
A bound on the mixing rate of 2d perfect fluid flows
使用$H^{-1}$规范作为混合的措施，我们证明了二维欧拉流的环面混合被动标量最多指数。混合率线性地受涡量的BMO范数（因此也受其$L^\infty$范数）的限制。我们也给出了一个类似的标量梯度的增长率上界。
2011-08-17 math.AP physics.flu-dyn
Intermittent flow in yield-stress fluids slows down chaotic mixing
本文介绍了用旋转搅拌棒法对牛顿流体和屈服应力流体进行混沌混合的实验结果。我们展示了如何混合的屈服应力流体的混沌平流相比，牛顿流体的混合减少，并解释我们的结果带来光的相关机制：流体的存在，只流动间歇性，增强的屈服应力的现象，和外围区域的重要性。这一发现通过数值模拟得到证实。当不同搅拌元件的同步导致相同流体颗粒的缓慢拉伸重复时，观察到异常缓慢的混合。
2013-10-01 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Mixing across fluid interfaces compressed by convective flow in porous media
本文研究了多孔介质中存在对流时的混合问题。对流的特征在于形成涡流和停滞点，其中流体界面被拉伸和压缩以增强混合。我们分析了在不同的情况下，使用界面变形模型的混合动力学的行为。我们表明，标量耗散率，这是有关的溶解通量，控制界面过程，特别是界面压缩和扩散之间的平衡，这取决于流场配置。我们考虑了复杂性不断增加的不同情况。首先，我们分析了双回旋合成速度场。第二，瑞利-贝纳德不稳定性（Horton-Rogers-Lapwood问题），其中驻点位于固定界面。随着瑞利数的增加，该系统经历了从扩散控制混合到混沌对流的转变。最后，瑞利-泰勒不稳定性与移动界面，其中混合经历三个不同的制度：扩散，对流为主，对流关闭。界面压缩模型正确地预测了系统的行为。它显示了压缩率对扩散的依赖性如何解释标量耗散率的标度行为的变化。该模型表明，滞止点之间的相互作用和速度场的相关结构也是负责制度之间的过渡。我们还显示了溶解通量和混合状态的系统之间的行为的差异。我们观察到，而溶解通量与瑞利数减少，系统变得更加均匀。也就是说，通过减少扩散来增强混合。这一观察结果可以通过不稳定模式的影响来解释。
2017-12-01 physics.flu-dyn
Mixing in thermally stratified nonlinear spin-up with sources and sinks
在封闭的圆筒分层自旋实验报告存在的小口袋的良好混合的流体，但定量测量的流体的混合度一直缺乏。以前的数值模拟没有解决这些测量。在这里，我们提出的数值模拟，解决如何旋转和热边界条件的综合影响，增强或阻碍混合的流体在气缸中。混合效率的测量是基于温度的变化，并根据可用的势能进行解释。在水平壁面上采用不同的热边界条件对纳维-斯托克斯方程进行了数值模拟，有助于阐明混合的物理机制，而对混合的物理机制还缺乏明确的解释。
2013-12-18 physics.flu-dyn
Mixing by squirmers in stratified fluids
本研究通过球形游动体模型量化分层流体中微小游泳者的混合效率，发现近场混合与以往一致，总体混合大于点状游泳者但仍弱；小尺寸游泳者难以显著混合，但提出了若干可促进海洋混合的新途径。
2025-02-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-mixing in microtubule-kinesin active fluid from nonuniform to uniform distribution of activity
活性流体在微观混合中有应用，但对具有时空变化活性的系统的混合运动学知之甚少。为了研究，紫外线激活的笼状ATP被用来激活微管驱动蛋白活性流体的控制区域，并观察与荧光示踪剂和分子染料的混合过程。在低Péclet数（扩散传输）下，活性-非活性界面以类似扩散的方式向非活性区域发展，该扩散方式由结合扩散与Michaelis-Menten动力学的简单模型描述。在高佩克莱数（对流传输）下，活性-非活性界面以类似超扩散的方式进行，这被与ATP传输耦合的活性流体流体动力学模型定性捕获。结果表明，主动流体混合涉及主动应力分布与ATP主动运输之间的复杂耦合，减少了悬浮组分的混合时间，降低了初始组分分布的影响。这项工作将通知应用程序的活性流体，以促进微流体装置中的微观混合。
2022-10-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Maximal mixing by incompressible fluid flows
本文考虑了一个在不可压缩流动下的粘性流体混合模型。我们证明了有限粘性耗散流在有限时间内不可能完全混合。作为混合性的度量，我们考虑Monge-Kantorovich-Rubinstein运输距离，更经典的是$H^{-1}$范数。我们推导出严格的先验下界，这些混合规范表明，混合不能进行速度比指数的时间。指数衰减的速率在初始数据中是均匀的。
2013-09-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent mixing driven by the Faraday instability in rotating miscible fluids
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度混溶流体湍流混合的影响。通过不可逆混合速率$\mathcal{M}$，我们量化了描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）转化的不可逆混合。我们表明，在较低的强迫振幅，湍流动能（$t.k.e.$）增加的科里奥利频率$f$的增加，直到$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$ω$是强迫频率，在分谐波不稳定相。这种$t.k.e.$的增强归因于更不稳定模式的激发。由于亚谐不稳定相的延长，不可逆混合随着$\left(f/ω\right)^2$的增加而持续一段延长的时间，直到$0.25$，并最终随着不稳定饱和而停止。当$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$时，科里奥利力显著延迟了次谐波不稳定性的开始。强旋转效应导致较低的湍流，因为APE的大部分扩展为BPE，减少了APE，其转化回用于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的$t.k.e.$储层。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，APE通过$\mathcal{M}$向BPE的转化仍在继续，我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的不稳定延迟效应可以忽略不计，湍流强度较小且持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束…
2023-03-07 physics.flu-dyn
Mixing by microorganisms in stratified fluids
我们研究了在稳定分层的海洋中低雷诺数和Péclet数下微生物游泳引起的垂直混合，并表明海洋微泳者对垂直混合的全球贡献可以忽略不计。我们提出了两种方法来估计混合效率，$η$，或势能创造率的总速率的工作在海洋上的微型游泳者的比率。第一个是基于缩放参数和估计$η$之间的比率的典型的生物体的大小，$a$，和一个固有的长度尺度的分层流，$\ell = \left ( νκ/ N^2 \right )^{1/4}$，其中$ν$是运动粘度，$κ$的扩散率，和$N$的浮力频率。特别是，在相关的海洋限制，$a / \ell \ll 1$的小生物，我们预测的缩放$η\sim (a / \ell)^3$。$η$的第二个估计是通过将游泳者建模为正则化的力偶极子来求解完全耦合的流分层问题，并数值计算效率而形成的。我们的计算结果，这是检查所有的比率$a/\ell$，验证的缩放参数的限制$a / \ell \ll 1$和进一步预测$η\approx 1.2 \left ( a / \ell \right )^3$垂直游泳和$η\approx 0.15 \left ( a / \ell \right )^3$水平游泳。这些结果与任何富含生物活性的分层流体有关，意味着海洋中游动微生物的混合效率最多为8%，可能至少小两个数量级。
2014-06-12 physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a slightly supercritical Van der Waals fluid at Low-Mach number
超临界流体在临界点附近具有类似液体的密度和类似气体的输运性质。这些功能被有目的地利用在不同的情况下，从天然产品提取/分馏到航空航天推进。大部分的研究涉及这最后的背景下，集中在高马赫数的压缩性和热力学严格相互作用的超临界流体的动力学。尽管在低马赫数下也广泛使用，但在这一范围内，轻微超临界流体的湍流混合特性仍未得到详细研究。本文通过对同轴射流的直接数值模拟（DNS），讨论了微超临界范德华流体的流动特性。由于声学效应在许多工业应用中发现的低马赫数条件下是无关的，因此数值模型基于控制方程的适当低马赫数展开。根据实验观察，弱超临界状态的特征是在分离两股流的剪切层中形成指状结构-所谓的韧带。从模拟中提取了马赫数消失时韧带形成的机制，并提供了详细的统计特性。韧带总是形成时，高密度的对比发生，独立于真实或完美的气体行为。在韧带小尺度结构中发现了真实气体条件与理想气体条件之间的差异。更强烈的密度梯度和更薄的界面特征的近临界流体相比，完美气体的平滑行为。本文根据真实气体热力学性质给出了唯象解释。
2014-05-20 physics.flu-dyn
Mixing dynamics and transport mechanisms during laminar stirring flows
Concordia University（康考迪亚大学）
本研究通过模拟圆柱搅拌器在层流中的搅拌，揭示了流动拓扑转变如何控制混合，并识别了扩散主导与对流混合机制，阐明了涡结构逃逸对增强混合的关键作用。
2026-09-11 physics.flu-dyn
Mutual information as a measure of mixing efficiency in viscous fluids
本文提出将混合前后粒子位置的互信息作为度量，通过环形Couette流实验和Brownian动力学模拟，证明非均匀旋转能提升混合效率，为微尺度流动提供了一种普适且无假设的混合效率衡量标准。
2023-11-16 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.flu-dyn
Mixing and transport by ciliary carpets: a numerical study
我们使用一个三维计算模型来研究流体的运输和混合由于一个无限阵列的纤毛的跳动。根据最近的实验，我们观察到两个不同的区域：纤毛上方的流体运输区域和纤毛尖端下方的流体混合区域。已知由于相邻纤毛之间的相位差引起的异时波增强了纤毛尖端上方的流体输送。在这项工作中，我们表明，异时波也提高了混合率在睫状体下区域，往往同时与流速的提高。我们的研究结果表明，这种同时增强运输和混合是由于增强剪切流。随着纤毛上方的流动增加，流体中的剪切速率增加，并且这种剪切增强拉伸，这是混合的基本成分。混合时间尺度的估计表明，相比扩散，混合由于纤毛节拍可能是显着的，有时占主导地位的化学扩散。
2013-12-09 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Mixing enhancement in binary fluids using optimised stirring strategies
通过移动搅拌器混合二元流体是许多工业应用中的常见过程，其中即使混合效率的适度改进也可以转化为相当大的功率节省或提高的产品质量。我们提出了一种基于梯度的非线性优化方案来最小化被动标量的混合范数。两个圆柱形搅拌器的速度，同心圆路径上移动的圆形容器内，代表的控制变量，并采用迭代直接伴随算法，以达到增强的混合结果。相关的搅拌协议的特征在于由搅拌器的动作产生和促进的涡旋结构的复杂相互作用。优化过程的完全收敛需要惩罚运动物体加速度的约束。在这些条件下，可以实现相当大的混合增强，即使由于优化问题的非凸性质而不能保证最优。我们的方法的各种挑战和扩展进行了讨论。
2019-11-25 math.OC physics.flu-dyn
Chaotic Mixing in Three Dimensional Porous Media
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Spanish National Research Council (IDAEA-CSIC)（西班牙国家研究委员会（IDAEA-CSIC））
研究三维多孔介质中混沌对流与分子扩散的相互作用，揭示其对混合动力学的影响，并提出新的连续时间随机游走模型来量化微观混合过程。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Shape optimisation of stirring rods in mixing binary fluids
混合是广泛工业应用中的一个无所不在的过程，它支持在时间和能量限制下设计优化混合过程的技术的科学努力。在这项工作中，我们提出了一个计算框架的基础上，非线性直接伴随循环的混合效率的提高在一个二元流体系统。控制方程由非线性纳维-斯托克斯方程组成，并由被动标量的演化方程补充。浸没和移动搅拌器被视为由布林克曼惩罚技术，并使用基于傅立叶的伪谱方法求解方程组的完整系统。伴随方程提供了梯度和灵敏度信息，这些信息又用于基于形状、旋转和路径修改来改进初始混合策略。我们利用基于傅立叶的方法对嵌入式搅拌器进行参数化和优化，并考虑各种几何形状以提高混合效率。我们考虑一个有限的优化空间，通过限制混合的时间和所有搅拌器的旋转速度。在所有情况下，发现非直观的形状产生显着增强的混合效率。
2019-11-14 math.OC physics.flu-dyn
Fluid dynamics of mixing in the tanks of small vanadium redox flow batteries: Insights from order-of-magnitude estimates and transient two-dimensional simulations
本文通过量级估算和瞬态二维模拟，揭示小型钒液流电池储罐内电解质混合不充分，高动量或正浮力射流降低能量容量，并强调密度变化对长期混合的重要影响。
2023-05-30 physics.flu-dyn
Waves dictate the yo-yoing decay of a viscoelastic mixing layer
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究发现粘弹性流体的衰减混合层中波的形成导致均流摆动，与牛顿流体的单调发展形成鲜明对比，通过数值模拟和能量预算分析揭示了物理机制，建立了数学模型并求解非线性色散波解，解释了复杂几何中不稳粘弹性流的异常现象。
2026-06-24 physics.flu-dyn
New Lagrangian diagnostics for characterizing fluid flow mixing
提出了一种新的拉格朗日诊断族，并提出了一种描述混合的特殊形式：轨迹的最大范围（MET）。它使相干结构和它们的动态检测在二维（和潜在的三维）非定常流在有界和开放域。它的计算比我们已知的所有其他拉格朗日诊断容易得多，并提供了新的见解关于混合性质的短期和长期的时间尺度和空间图和分布图。我们证明了它的适用性，二维流动使用两个玩具模型和一组数据的表面电流从地中海。
2014-02-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Magnetofluidic mixing of a ferrofluid droplet under the influence of time-dependent external field
我们报告的实验研究的铁磁流体液滴与非磁性流体在一个开放的表面微流控平台上的存在下，随时间变化的磁场的混合。采用明场可视化技术，结合显微粒子图像测速（PIV）分析，研究了磁流体液滴内部的流体动力学特性。此外，使用激光诱导荧光（micro-LIF）技术，我们量化的质量转移之间发生的两个液滴，这在效果上，决定了潜在的混合性能下的调制频率的施加磁场。我们发现，磁性纳米粒子表现出复杂的时空运动的铁磁流体液滴域的影响下，随时间变化的磁场，这反过来又促进了对流混合制度的混合效率。我们的分析确定，在存在的时间周期场的磁性纳米粒子的运动加强了界面的不稳定性，这就像一个火花剂，在本方案中启动增强混合。通过进行数值模拟，我们还审查了界面不稳定性的发病，主要源于磁化率之间的不匹配的磁性和非磁性流体。本分析的推论，其重点是简单的，无线的，鲁棒的，和低成本的开放式表面微观混合机制，将提供一个潜在的解决方案，快速液滴混合，而不需要pH值或离子浓度依赖性的流体。
2020-08-03 physics.flu-dyn
The onset and saturation of the Faraday instability in miscible fluids in a rotating environment
我们调查的影响，旋转的法拉第不稳定性的发病和饱和的垂直振荡的两层混溶流体使用的理论模型和直接数值模拟（DNS）。我们的分析方法利用Floquet分析来解决一组从线性稳定性分析得到的Mathieu方程。Mathieu方程的解在三维稳定图中包含稳定区、调和区和次调和不稳定区。我们发现，科里奥利力稳定的流动和延迟的次谐波不稳定性的发病负责湍流混合在较低的强迫振幅。然而，在较高的强迫振幅下，流动的能量足以减轻旋转的稳定效应，并且湍流混合区的演化在旋转和非旋转环境中是相似的。这些结果证实了DNS在不同的科里奥利频率和强迫振幅。我们还观察到，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$f$是科里奥利频率，$ω$是强迫频率，不稳定性和湍流混合区的大小- $L$饱和。当$\left(f/ω\right)^2\geq0.25$时，湍流混合区尺寸- $L$永远不会饱和并继续增长。
2022-07-27 physics.flu-dyn
A gradient-based framework for maximizing mixing in binary fluids
提出了一种基于非线性直接伴随循环的二元流体混合策略优化计算框架。控制方程为非线性纳维-斯托克斯方程，通过被动标量的演化方程进行增广，并通过基于谱傅立叶的方法进行求解。搅拌器嵌入在计算域中的Brinkman惩罚技术，和搅拌器的形状和路径梯度计算从伴随的解决方案。四种情况下，增加的复杂性被认为是，这表明计算方法和算法的效率和有效性。在所有情况下，在外部施加的范围内，混合效率都得到了显著的改善。
2020-01-23 math.OC physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Hama Problem revisited: essential mixing in a free shear flow
我们重新讨论了弗朗西斯·哈马在他1962年的流体物理学文章《扰动剪切流中的条纹线》中首次提出的一个问题。使用一台新的计算机，哈马计算了包含非放大、正弦、行波扰动的无粘剪切流的条纹线和轨迹线。他发现，这种简单的流场和扰动产生了直观的轨迹线，然而，由此产生的条纹线并不明显，而且比轨迹线复杂得多。他利用这项工作来强调理解流动可视化和测量技术之间的差异的重要性，不同的技术可能会揭示有关流动的真实特征或行为的不同信息。这项工作重温哈马问题，并提出了在流体动力学视频准备的2013年画廊的流体运动的原始发现。
2013-10-06 physics.flu-dyn
Mixing layer and turbulent jet flow in a Hele--Shaw cell
本文研究了两个相对封闭的刚性壁面间理想均匀流体剪切流动中的平面湍流混合。流动的性质是由在Kelvin-Helmholtz不稳定性发展的非线性阶段产生的涡的相互作用和湍流摩擦决定的。在浅水理论和三层流动表示的框架内，提出了混合层的一维模型。所得到的方程允许一个来确定强烈的流体混合的区域的平均边界。稳态解的控制方程的构造和分析。利用由一维方程得到的平均流动特性，导出了确定混合层速度分布和雷诺剪应力的双曲线方程组。与实验结果的比较表明，在Hele-Shaw细胞的湍流射流的演变表明，所提出的模型提供了一个相当准确的描述的平均边界的区域的强烈混合，以及速度分布和雷诺剪应力的混合层。
2020-03-14 physics.flu-dyn
Simulation of particle mixing in turbulent channel flow due to intrinsic fluid velocity fluctuation
我们结合离散元模拟与随机过程来模拟球形颗粒在湍流槽道流中的运动。利用该模型，我们研究了两种颗粒在通道中流动的混合特性。我们发现混合区的长度与管道的线性增加。研究了不同雷诺数下的流动。在泰勒微尺度下的临界雷诺数$R_{c} \approx 300$附近，混合速率强烈依赖于雷诺数。高于$R_{c}$，混合速率几乎保持恒定。
2011-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Bidisperse micro fluidized beds: Effect of bed inclination on mixing
本文通过高速摄像实验研究双分散微流化床在不同倾角下的混合与偏析行为，发现混合随倾角非单调变化并在30°–50°达到最佳，揭示其由动力学筛分与流体循环竞争决定。
2024-01-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Local Wave Number Model for Inhomogeneous Two-Fluid Mixing
本文研究了两点谱湍流模型（局域波数模型或LWN模型）的瑞利-泰勒（RT）不稳定性。模型结果进行了比较，从三维模拟RT问题提取的统计量。这些模拟初始化与高波数扰动的界面处的重流体放置在顶部的轻流体，使得密度梯度是在相反的方向上的加速度，由于重力。我们认为低到中等密度对比度的流动，并比较LWN模型对模拟数据使用的混合宽度演变作为主要指标。最初的模型指定物理上合理的，但主要是\emph{ad hoc}的条款，以考虑到不均匀的机制，参与增长的混合层。我们系统地评估的LWN模型方程中的每一个条款的作用，通过与模拟比较。其中两个，运动学源项，引入以保持密度和特定体积之间的有限协方差，和频谱失真项，引入作为密度特定体积协方差的频谱修改，都导致严重过度预测的混合层增长。一个简化的模型，消除这两个方面，以提高捕获的混合宽度的演变，以及在不同的时间跨越混合层的湍流质量通量速度分布。然而，这种简化揭示了对其他度量的保真度，例如密度比体积协方差和湍流动能在某种程度上受到损害。这一结果的影响进行了讨论相对于RT问题的物理，我们提供了这样一个模型的实际使用的指导这项研究。
2021-08-16 physics.flu-dyn
Chaotic mixing using micro-rotors in a confined domain
本文研究了二维Stokes流中点微转子诱导的混沌混合。转子对的动力学，建模为rotlets，在有界域中是非哈密顿的，并在域的子集中产生流体示踪剂的混沌平流。一个完整的参数调查的流体混合作为一个函数的rotlet的初始位置的伪相图的基础上进行。利用有限时间熵和位置熵研究了微转子间流体示踪剂混合随转子相对位置的变化规律。有限时间位置熵用于识别产生良好混合与不良混合的流体区域，并且这通过示踪粒子的斑点的拉伸和折叠来可视化。与经典的闪烁涡动力学的情况下，使用rotlets内的圆形边界建模的流动的速度场是光滑的时间，并满足无滑移边界条件。这使得所考虑的模型更现实的情况下，在微流体装置中使用磁致动微球的混合研究。
2019-07-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Long nonlinear internal waves and mixing in a three-layer stratified flow in the Boussinesq approximation
本文提出了一个考虑中间层湍流混合的盖下分层流体非定常三层流动的一维长波模型。在Boussinesq近似中，运动方程被简化为平衡定律的演化系统，对于层中速度的微小差异，该系统是双曲线的。研究了定态解的分类，引入了亚临界（超临界）三层分层流的概念。振荡的解决方案，描述的混合层的空间演变。考虑了跨临界绕流问题。获得的解决方案，描述定性不同的流态背风侧的障碍。所提出的模型进行了验证，使用实验数据和现场观察周围流体的卷吸。
2021-12-09 physics.flu-dyn
A non-intrusive measurement technique applying CARS for concentration measurement in a gas mixing flow
建立了相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）显微系统，并将其应用于毫米级通道内混合流气体浓度的非侵入式测量。选择二氧化碳和氮气作为测试流体，并且通过调节泵和斯托克斯光束的波长来产生来自流体的CARS信号。产生的CARS信号，其波长不同于那些的泵和斯托克斯光束，被捕获的EM-CCD相机过滤后的激发光束。进行校准实验以通过测量来自已知浓度的样品的CARS信号的强度来确认构建的CARS系统的适用性。在确认所测量的CARS强度与理论预测的浓度的二次幂成比例之后，测量气体混合流动通道中的CARS强度。设置10个不同的测量点，并获得每个点的二氧化碳和氮气的浓度。因此，观察到两种流体的混合随着测量点向下游移动而进行。实验结果表明，CARS技术不需要对气体进行吸收等预处理，可用于非侵入式气体浓度测量。
2015-08-06 physics.flu-dyn
Data-Driven Surrogate Modeling for Micromixing of Non-Newtonian Fluids in Sinusoidal Converging-Diverging Microchannels
Indian Institute of Petroleum and Energy（印度石油能源研究所）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本研究针对正弦收敛-发散微通道中非牛顿流体微混合难题，通过高保真模拟构建GPR代理模型并耦合NSGA-II算法，实现了兼顾混合性能与压降的微通道多目标优化设计。
2026-08-11 physics.flu-dyn
Mixing and sharpening at the interface of a two-layer fluid forced by random jets
École Normale Supérieure PSL（巴黎高等师范学院）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；École Normale Supérieure de Lyon（里昂高等师范学院）；Université de Lorraine（洛林大学）
研究两层流体密度界面处混合，通过随机驱动合成射流阵列产生随机湍流猝发进行实验，用记录密度场解析界面演化，发现界面速度与密度跃变关系及不同密度差下界面变化情况，为地球物理混合动力学提供新见解。
2026-07-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
