Numerical study of natural convection states in a horizontal concentric cylindrical annulus using SPH method
自然对流在许多工程应用中具有重要意义。本文提出了一种求解自然对流问题的光滑粒子流体动力学（SPH）方法。将流体的质量、动量和能量守恒方程离散为SPH方程。在Boussinesq近似下考虑了温度场中密度变化引起的体积力。数值计算结果与文献中的实验结果进行了比较，验证了数值方法的有效性。数值计算结果与实验结果吻合较好。然后应用SPH方法研究了Rayleigh数为10^2 ~ 10^7、Prandtl数为0.01 ~ 10的水平同心圆环内的自然对流。一般情况下，流动在低瑞利数下是稳定的，但在高瑞利数下是不稳定的。从稳定态到不稳定态的转变瑞利数在低普朗特数情况下比在高普朗特数情况下低。在数值模拟中识别出4种不同的对流状态，即1个羽流的稳定状态（SP1）、1个羽流的不稳定状态（UP 1）、n（n > 1）个羽流的稳定状态（SPN）和n（n > 1）个羽流的不稳定状态（UPN）。SP1和UP 1状态被观察到的所有普朗特数，而SPN和UPN状态仅观察到在Pr = 0.1和0.01。
2017-12-15 physics.flu-dyn
Numerical study on electrohydrodynamic enhancement of PCM melting in cylindrical annulus under microgravity
潜热热能储存技术以其优异的储存热能的能力被推荐作为空间探测热管理系统的一种有效技术。然而，众所周知，相变材料（PCM）的低导热系数严重削弱了LHTES系统的充放热速率。在微重力条件下，将电流体动力学（EHD）这一新兴的主动强化传热技术引入到管壳式相变储能系统中。在我们的数值模拟中，我们主要集中在电瑞利数$T$和偏心率$Γ$的微重力下的熔化性能的综合影响。结果表明，与无电场的情况相比，有电场存在时，LHTES系统的传热效率和熔化行为得到了显著提高。此外，研究结果还表明，即使在微重力条件下，EHD技术在加速熔化过程方面也表现出良好的性能，特别是在某些情况下，最大节省时间甚至超过了$90\%$。此外，我们注意到，虽然同心环总是在无重力条件下的最佳配置，最佳的偏心内管的位置强烈地依赖于电瑞利数，如果考虑到重力的影响。
2021-04-29 physics.flu-dyn
Generation of axisymmetric modes in cylindrical kinematic mean-field dynamos of VKS type
在试图理解为什么占主导地位的磁场观察冯卡门钠（VKS）发电机实验是轴对称的，我们在本文中调查的平均场模型的能力，以产生轴对称的本征模在圆柱形的几何形状。一个$α$ -效果被添加到感应方程，我们确定合理和必要的属性的$α$分布，使轴对称的本征模产生。用两种不同的仿真程序进行了参数研究。我们发现，简单的分布的$α$ -效果，无论是集中在磁盘附近或占据大部分的流量，需要不切实际的大值的参数$α$来解释VKS的意见。
2009-05-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinematic dynamo simulations of von Kármán flows: application to the VKS experiment
VKS实验证明了在高度湍流的液态钠冯卡门流中的发电机作用[R. Monchaux等人，物理修订信函{ \bf 98}，044502（2007）]。然而，发电机的存在和启动恰好取决于确切的实验配置。通过对真实流动进行运动学发电机模拟，我们研究了它们对发电机作用的影响，特别是旋转的意义和剪切层平面中存在的环形物。利用立体粒子成像测速技术，在水原型中测量了不同VKS构型下的平均速度场的3个分量。实验数据，然后处理，以使用它们在一个周期性的圆柱运动代码。即使运动学预测模式似乎是不同的实验饱和的，关于发电机的存在和阈值的结果是在定性的协议，显示了流动特性的重要性。
2011-06-09 nlin.CD physics.flu-dyn physics.geo-ph
Reduced Order Model for a Convective Rotating Annulus with Localized Forcing
Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿木塔维迪亚佩特阿姆大学）
针对底部外围局部加热、内壁均匀冷却的旋转流体环，建立基于Galerkin投影的10变量低阶模型，再现了平均经向环流、热风、斜压波振幅及其非线性相互作用，并复现了Nu~Ra^(1/4)标度律和旋转抑制效应。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Numerical study of homogeneous dynamo based on experimental von Karman type flows
对冯卡门型流动的磁感应方程进行了数值研究。这些流动由圆柱形容器中的两个同轴反向旋转螺旋桨产生。这种装置目前用于冯卡门钠（VKS）实验，旨在研究发电机行动在无约束流。的平均速度字段已被测量为不同的配置，并在一个周期性的圆柱形运动发电机代码。根据驱动配置，极向环形流比和边界的电导率，观察到一些流量维持增长的磁场的磁雷诺数访问钠实验。还研究了流动对外部磁场的响应：结果与单螺旋桨情况下的实验结果非常一致，但在双螺旋桨情况下可能不同。
2003-01-15 physics.flu-dyn
Ambivalent effects of added layers on steady kinematic dynamos in cylindrical geometry: application to the VKS experiment
“冯卡门钠”（VKS）实验的目的是研究高度湍流和无约束流中的磁流体发电机效应。为了使临界磁雷诺数和所需的电机功率最小化，人们在平均流和侧边界条件的优化上做了大量的工作。本文的主要重点在于“盖层”的作用，即叶轮和圆柱体端壁之间的液体钠层。首先，我们研究的分析测试流程，盖层可以有矛盾的效果上的发电机的效率。临界磁雷诺数显示了一个平坦的最小值为一个小的盖层厚度，但增加较厚的层。对于实际的VKS几何形状，它表明，静态盖层产生的临界磁雷诺数约12%.A更显着的增加100，直到150%的临界磁雷诺数的适度增加可以发生时，考虑到在这些层中的一些旋转流。这个问题的可能的解决方案进行了讨论，为真正的发电机设施。
2006-02-21 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the toroidal-velocity anti-dynamo theorem under the presence of nonuniform electric conductivity
本文研究了具有流体动力学稳定的准开普勒旋转剖面和非均匀电导率的层流导电Couette流的发电机不稳定性。在球面几何中，极向场和环向场分量的方程完全解耦，导致自由衰减，而不管电导率的空间分布如何。在圆柱形几何的极向和环形组件不去耦，但在这里我们也没有发现发电机激励的情况下，电导率只取决于半径或-更复杂-它只取决于方位角或轴向坐标。因此，Busse & Wicht（1992）的平面流发电机模型到圆柱或球形几何的转换失败了。它还表明，即使包含轴向流动的两个方向不{ \em不}支持发电机机制。埃尔萨瑟环形速度反发电机定理，根据该定理，没有任何径向速度分量的发电机不能工作，因此不被非均匀电导率分布软化。
2022-03-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Ponomarenko dynamo sustained by a free swirling jet
Coventry University（考文垂大学）；University of Latvia（拉脱维亚大学）
研究通过旋流喷射流实现发电机效应，发现磁场增长需外部激励，提出克服此限制的方法。
2026-02-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamo generated by the centrifugal instability
我们提出了一个新的方案磁场放大的导电流体被限制在一个差分旋转，薄的纵横比的球壳。当角动量充分向外减小时，在赤道区域中发展出流体动力学不稳定性，其特征在于成对的反向旋转的环形涡，类似于在圆柱形库埃特流中观察到的那些。这些球形泰勒-库埃特涡旋产生由非轴对称分量主导的亚临界发电机磁场。我们发现，临界磁雷诺数似乎达到一个恒定的值，在大雷诺数和全球旋转可以强烈降低发电机启动。我们的数值结果是理解一个简单的动力系统的框架内，我们提出了一个低维模型的亚临界发电机分岔。实验室发电机和天体物理磁场的影响进行了讨论。
2016-06-13 physics.flu-dyn
Linear Stability Analysis of convective flows in Rotating Baroclinic Annulus with Localized Peripheral Heating: A Floquet-BiGlobal Approach
Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿姆里塔维迪亚佩塔姆大学）
本文采用Floquet-Bloch理论与BiGlobal特征值方法，分析了局部加热下旋转流体环的非轴对称基态线性稳定性，揭示了交叉模态斜压能量释放和剪切产生的不稳定机制。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Influence of Aspect ratio in the Convection in Rotating Annulus In the Presence of Localized Heating
School of Artificial Intelligence, Amrita Vishwa Vidyapeetham（阿迈塔维迪亚佩塔姆大学人工智能学院）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology（印度理工学院机械工程系）
通过二维轴对称模拟，研究局部加热和均匀冷却的旋转环形腔体中对流，分析长宽比、瑞利数和泰勒数对热传输的影响，发现努塞尔数遵循Ra^{1/4}标度，旋转抑制低Ra下的浮力，增大长宽比增强传热。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Effect of magnetic boundary conditions on the dynamo threshold of von Karman swirling flows
本文研究了不同边界条件对圆柱体中vonKarman型旋流运动发电机阈值的影响。使用分析测试流，我们模拟不同的边界条件：绝缘壁的所有流量，钠的效果在气缸侧边界上休息，钠的效果背后的叶轮，叶轮或侧壁的效果制成的高磁导率材料。我们发现，使用高磁导率的边界条件降低了发电机阈值，最低实现时，他们都在流动。
2008-04-11 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Identification of vortexes obstructing the dynamo mechanism in laboratory experiments
磁流体动力发电机效应解释了在导电流中，特别是在地质和天体物理环境中，自持磁场的产生。然而，这种机制的细节仍然是未知的，例如，几何形状、流体拓扑结构、强制机制和湍流如何以及在何种程度上可以对该过程产生负面影响。我们报告在球形几何进行的数值模拟，分析预测的速度流与所谓的奇异值分解，一个强大的技术，使我们能够精确地识别涡流的流动，这将是难以表征与传统的谱方法。然后，我们量化的贡献，这些涡流的增长率的磁能在系统中。我们确定了一个轴对称涡，其旋转方向随时间周期性变化，其动力学是解耦的大规模背景流，是有害的发电机效应。与实验进行了比较，表明在圆柱形的几何形状观察到类似的动态。这些以前意想不到的涡流，阻碍发电机效应，提供了一个解释的实验困难，在获得一个发电机在球形几何。
2013-05-20 physics.flu-dyn
Nonlinear large scale flow in a precessing cylinder and its ability to drive dynamo action
我们对圆柱形空腔中的旋进驱动流动进行了实验测量和数值模拟。这项研究是专门的进动发电机实验，目前正在建设中的亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫（HZDR），目的是在流体动力学流的评价方面，其能力，以驱动发电机。我们专注于强非线性制度，其中的流动基本上是由直接强制的初级开尔文模式和更高的模式在非线性自相互作用所产生的驻惯性波。我们获得了很好的协议，实验和模拟方面，流量振幅和流动几何形状。一个特点是共振式出现的一个轴对称模式，代表了双辊结构中的椭圆平面。运动学模拟的磁场演变引起的时间平均流产生发电机行动在临界磁雷诺数约${\rm{Rm}}^{\rm{c}}\approx 430$，这是计划的液体钠实验的范围内。
2017-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Triadic resonances in non-linear simulations of a fluid flow in a precessing cylinder
我们提出的结果，从三维非线性流体动力学模拟的进动驱动流在圆柱形的几何形状。该模拟的动机是目前正在开发的发电机实验在亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫（HZDR），其中产生磁流体动力发电机的可能性将在充满液体钠的圆柱体中进行研究，并同时围绕两个轴旋转。在这项研究中，我们专注于出现的非轴对称的时间相关的流结构的惯性波-在圆柱形的几何形状-形成所谓的开尔文模式。对于旋进比${\rm{Po}}=Ω_p/Ω_c=0.014$，强制开尔文模式的幅度达到圆柱形容器的旋转速度的四分之一，这证实了即使在${\rm{Po}}$的中等值下，旋进也提供了相当有效的流动驱动机制。与发电机作用更相关的可能是具有更高方位波数的自由开尔文模式。这些自由开尔文模式由非线性相互作用触发，并且当容器的高度与它们的轴向波长匹配时，可以与基本强制模式构成三元共振。我们的模拟揭示了三元共振的纵横比接近的线性理论预测的，除了周围的主要共振的强制模式。在该制度中，我们仍然确定各种自由开尔文模式，但是，所有这些都表现出逆行漂移周围的对称轴的圆柱体，没有一个可以被分配到一个三元共振。自由Kelvin模式的振幅总是保持低于强制模式，但可达到容器的角速度的6%。自由开尔文模式的性质将用于磁感应方程的未来模拟，以研究它们提供发电机作用的能力。
2015-08-03 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Generating a tide-like flow in a cylindrical vessel by electromagnetic forcing
我们显示和比较数值和实验结果的电磁产生的潮汐流结构中填充有共晶液态金属合金GaInSn的圆柱形容器。施加各种强度和频率的场来驱动液态金属流。场的变化对振幅和结构的流动的影响进行了研究。结果代表了未来的瑞利-贝纳德实验的基础上，其中调制潮汐流扰动预计同步的大尺度环流的典型晃动模式。太阳螺旋度的类似夹带机制可能是太阳发电机与潮汐主导行星金星、地球和木星的对齐周期同步的原因。
2020-06-05 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magneto-Stokes Flow in a Shallow Free-Surface Annulus
本研究分析了环形浅层自由表面磁Stokes流，提出首个时间依赖型解析解并通过实验和数值验证，发现三种流态均能增强微尺度混合，确立其作为MHD参考流的价值。
2024-06-24 physics.flu-dyn
The role of magnetic boundaries in kinematic and self-consistent magnetohydrodynamic simulations of precession-driven dynamo action in a closed cylinder
本研究数值模拟了进动圆柱内导电流体流动的发电机作用，对比了运动学方法与自洽三维MHD模拟，发现外部层电磁特性显著影响临界磁雷诺数，且非线性模拟揭示了小尺度发电机解及短暂的发电机爆发现象。
2025-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Electromagnetic induction in non-uniform domains
运动学模拟的感应方程进行了不同的设置适合冯卡门钠（VKS）发电机实验。流动驱动叶轮的材料特性被认为是通过高传导性和高渗透性的磁盘，存在于一个圆柱形的体积充满了导电流体。两个完全不同的数值代码相互验证欧姆衰减和运动发电机问题，使用各种配置和物理参数的定量协议。场的几何形状和增长率强烈修改的磁盘的材料特性，即使高磁导率/高电导率的材料是本地化在一个相当薄的区域。相比之下，外部边界条件的影响仍然很小。利用VKS一样的平均流体流量和高磁导率磁盘产生的最简单的非轴对称场模式的发电机动作的发病的临界磁雷诺数的减少。然而，这种减少不足以在VKS实验中变得相关。此外，Rm_c的减小基本上受流动构型的微小变化的影响，使得结果对于湍流的设置和性质的微小修改不是非常稳健。
2010-04-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A numerical model of the VKS experiment
我们提出了数值模拟的磁场所产生的液体钠流由两个反向旋转叶轮（VKS实验）。使用发电机运动学代码在圆柱形的几何形状，它示出了不同的磁模式，可以产生取决于流配置。虽然时间平均的轴对称平均流产生赤道偶极子，我们的模拟表明，无论是偶极或四极对称的轴向场可以通过考虑非轴对称组件的流产生。此外，我们表明，通过打破对称的流动，磁场变得振荡。这导致轴向偶极极性的反转，涉及与四极分量的竞争。
2009-06-20 physics.flu-dyn
Interaction of a rotational motion and an axial flow in small geometries for a Couette-Taylor problem
本文分析了具有窄环隙的短圆柱在弱轴向流作用下的库埃特流动的稳定性。考虑一种不可压缩粘性流体，它被包含在两个同心短柱之间的狭窄间隙中，其中内柱以恒定的角速度旋转。圆柱体的帽具有锥形渐缩至超窄狭缝的窄管，其允许沿着内圆柱体的表面的轴向流动。找到了短圆柱Couette流的近似解，并将其用于稳定性分析，而不是精确但庞大的解。研究了Couette流对一般小扰动和弱轴向流的敏感性。我们证明了来自轴向流的扰动导致泰勒-库埃特流中色散波的传播。旋转和轴向流的共存除了需要研究能量和角动量外，还需要研究流的螺旋度。推导了短圆柱螺旋度公式的近似形式。我们发现，轴向流动使Taylor - Couette流动稳定.超临界流动包含了丰富的涡结构，包括对称的泰勒涡对、反常的单涡和准周期振荡涡。对方位角和轴向雷诺数的额定范围内的斑图形成进行了研究。一个区域，其中三个分支的不同状态发生的本地化。对模型流场进行了三维和轴对称的数值模拟，分析了模型流场的不稳定性。
2003-03-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
