Henri Bénard: Thermal convection and vortex shedding
本文介绍法国物理学家亨利·贝纳德（Henri Bénard，1874-1939）的工作，他开始了对两个流体动力学系统的系统实验研究：从下面加热的流体的热对流（瑞利-贝纳德对流和贝纳德-马兰戈尼对流）和流动中钝体后面的周期性旋涡脱落（贝纳德-卡门涡街）。在他的科学传记中，我们回顾了流体力学这两个主要学科中实验和理论之间的相互作用。
2017-12-19 physics.flu-dyn physics.hist-ph
Comparison of inviscid and viscous vortex shedding from translating and rotating plates
University of Michigan（密歇根大学）
研究比较了无粘与可压缩涡旋分离模型在不同板运动下的性能，揭示了其在力预测和物理解释中的适用范围。
2026-02-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Amplifying vortex shedding for energy harvesting with active flow control
本研究提出利用交替狭缝吹气主动控制圆柱体流动，在雷诺数8000风洞实验中使升力波动增至三倍，显著提升涡激振动能量收集效率。
2024-12-25 physics.flu-dyn
Vortex shedding and hovering of a rigid body in an oscillating flow
该流体动力学视频显示刚性，空间不对称的机构与振荡的背景流相互作用。一个自由的刚性物体，这里是一个中空的“金字塔”，当它的峰值速度足够高时，它可以在平均值为零的振荡气流中克服重力而稳定地悬停。我们进一步显示在阴影成像如何这个不对称的身体脱落涡流在这样一个不稳定的流动，从而使身体“棘轮”本身通过背景流。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Vortex oscillations around a hemisphere-cylinder body with a high fineness ratio
采用大涡模拟和动力学模态分解方法研究了10 ° ~ 80 °攻角下半球-圆柱体绕流的非定常涡。基于主体圆柱直径的雷诺数（Re）为22000。结果表明，在整个迎角范围内，前体都存在涡振荡。该振荡的特征是前体背风涡对上下交替振荡和同相左右摆动。当迎角大于20 °时，在后体处出现旋涡脱落，随着迎角的增大，脱落区域逐渐前移，旋涡振荡区域逐渐缩小，当迎角足够大时，旋涡振荡区域只存在于机头附近。涡激振动和脱落都引起沿机身的侧向力脉动，但涡激振动引起的侧向力较大。在10 o-40 o迎角范围内，St=0.085-0.12，涡振荡频率与涡脱落频率相似，后体流场由涡脱落和前体-涡尾迹共同控制;而在AOA为50 o-80 o时，沿机身的频率明显地分为两个区域，在这两个区域中，前机身上的涡流振荡的频率为0.053- 0.064，后体涡脱落频率为0.16-0.2。DMD分析表明，除平均流外，能量最大的模态分别对应于前体处的涡振荡和后体处的涡脱落，DMD分析得到的频率与快速傅立叶变换得到的侧向力频率一致。涡振荡的时均流场是对称的，不存在明显的不对称性。因此，前体上方的涡对围绕对称的平均流场振荡。
2016-10-09 physics.flu-dyn
Evidence for Vortex Shedding in the Sun's Hot Corona
旋涡脱落是由于流动介质中存在钝体而在流体中经常观察到的振荡流动。数值模拟表明，旋涡脱落现象也可以在磁流体动力学（MHD）域中发展。无量纲Strouhal数，钝体直径与旋涡脱落周期和流动介质速度的乘积的比率，是旋涡脱落的稳健指标，并且对于宽范围的雷诺数通常为0.2的量级。利用太阳动力学天文台上大气成像组件的观测，我们报告了一种波状或振荡的等离子体流逆着太阳的引力向上传播。耀斑后区域新形成的收缩环可能通过涡旋脱落在热稠密环的尾流中产生上升流的振荡。计算出的Strouhal数与以前的MHD模拟的预测是一致的。我们的观察表明日冕中存在涡旋脱落的可能性。
2019-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Prediction of laminar vortex shedding over a cylinder using deep learning
使用深度学习技术，生成对抗网络（GAN），预测圆柱体上的非定常层流涡脱落，特别强调阐明学习纳维-斯托克斯方程解的潜力。在两个不同的雷诺数与不同的时间步长的数值模拟进行流场变量的训练数据集。用GAN预测了雷诺数不在训练数据集上的未来非定常流场。预测的流场定性和定量一致，以及通过数值模拟计算的流场。本研究表明，可以利用深度学习技术来预测层流尾流，以代替求解纳维-斯托克斯方程。
2017-12-21 physics.flu-dyn
Vortex shedding patterns, their competition, and chaos in flow past inline oscillating rectangular cylinders
在雷诺数代表二维流动的情况下，数值研究了直列振荡矩形柱的绕流。一个对称的模式，被称为S-II，由一对相反签署的涡的每一侧，最近在实验中观察到的，计算得到。在低振幅下，涡旋脱落模式通过中间相位区从反对称平稳过渡到对称。在更高的振幅下，这种中间状态是混沌的。混沌的发现扩展并补充了Perdikaris等人最近的工作[1]。此外，它表明，混沌的反对称和对称脱落模式之间的竞争的结果。矩形柱体而不是方形柱体有利于观察。一个全球性的，非常可靠的，措施是用来建立混沌的存在。
2010-12-10 physics.flu-dyn
Vortex shedding frequency of a moving obstacle in a Bose-Einstein condensate
利用运动的可穿透高斯障碍物，对高扁玻色-爱因斯坦凝聚体中的周期性涡旋脱落动力学进行了实验研究。脱落频率$f_v$被测量为障碍物速度$v$的函数，并且其特征在于$f_v=a(v-v_c)$与作为临界速度的$v_c$的线性关系。比例常数$a$随着障碍物强度的减小而线性减小，而$v_c$接近声速。当障碍物尺寸增大时，$a$和$v_c$均减小。进一步研究了振荡障碍物的临界涡脱落，发现与测量的$f_v$一致。当障碍物的最大速度超过$v_c$，但其振荡幅度不足以产生涡旋偶极子时，我们观察到涡旋产生于被困凝聚体的低密度边界区域，这归因于振动障碍物的声子发射。最后，我们讨论了一个可能的渐近协会的$a$与Strouhal数的背景下，普遍脱落动力学的超流体。
2022-02-27 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
In wind tunnel the reproduction of vortex shedding behind circular cylinders at high Reynolds number regimes is incomplete
本文通过二维粗糙圆柱风洞试验研究高雷诺数下交替涡旋脱落现象的复现问题，利用同步壁面压力测量与双正交分解分析，发现粗糙圆柱技术只能近似全局参数，无法完整复现实际流动状态。
2023-11-21 physics.flu-dyn
Data-Driven Discovery of a New Ginzburg-Landau Reduced-Order Model for Vortex Shedding
针对圆柱周期性二维涡旋脱落，采用数据驱动方法发现新Landau变量，结合时滞嵌入与SINDy学习可解释的CGLE耦合实偏微分方程，构建局部同质与全局异质降阶模型并验证其有效性。
2024-11-13 physics.flu-dyn
Hysteresis at low Reynolds number: the onset of 2D vortex shedding
在研究准二维系统中的层流和旋涡脱落之间的过渡时，观察到了滞后现象。该系统是一个垂直的，快速流动的肥皂膜，它是由一个杆垂直于膜平面定向穿透。我们的实验表明，从层流到周期性卡门涡街的转变可以是滞后的，即涡流可以在低于产生它们所需的速度的速度下存活。
2000-03-21 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Vortex Shedding in the Wake of a Dual Step Cylinder
双级圆柱体由具有低纵横比（L/D）的大直径圆柱体（D）同轴地附接到小直径圆柱体（d）的中间跨度组成。本研究中提供的流体动力学视频用于说明Re = 2100、D/d = 2和0.2 < L/D < 3时展弦比对双阶圆柱尾迹发展的影响。此外，视频还提供了展向涡的相互作用、流向涡丝的发展和开尔文-亥姆霍兹滚柱的形成等流动现象的可视化。实验是在滑铁卢大学的水槽中进行的。采用氢气泡流场显示技术对每个圆柱体模型下游的旋涡结构进行了可视化。用高速Photron相机获得流的高分辨率图像，并使用Adobe Photoshop CS4进行后处理。结果表明，双台阶圆柱尾迹中存在大量的涡系。当1 < L/D < 3时，大、小圆柱在不同频率下发生展向涡脱落。然而，对于较小的L/D，大圆柱涡脱落停止，小圆柱涡在大圆柱尾迹中相互作用。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Experimental Investigation of Vortex Shedding in Superfluid $^4$He
本研究实验探讨了在超流体$^4$He中以恒定加速度运动的NACA 0012翼型后缘的起始涡旋脱落现象，发现HeI和HeII中涡旋行为无差异，且轨迹与速度偏离理论预期，归因于黏性和三维效应。
2025-01-31 physics.flu-dyn
Vortex shedding in high-Reynolds-number axisymmetric bluff-body wakes: local linear instability and global bleed control
我们研究了大规模的螺旋涡脱落制度在高雷诺数的轴对称体与钝后缘的尾流，无论是实验和本地，线性，时空稳定性分析。在不稳定性分析中，我们考虑了体底后基流的详细下游演变。研究证实了尾流近场中第一个方位角数的绝对不稳定性存在一个有限区域。这种不稳定性被认为是触发回流区下游的大尺度螺旋涡脱落的原因。通过将给定流速的流体吹过细长体的基部来检查对旋涡脱落的抑制。流动的局部绝对区域的范围是作为泄放系数$C_b=q_b/(πR^2u_\infty)$的函数计算的，其中$q_b$是泄放流速，$R$是底部半径，$u_\infty$是入射自由流速度。结果表明，基本流成为对流不稳定的$C_b^*\sim 0.13$的排放系数的临界值的任何地方，这样没有自激制度预计$C_b>C_b^*$。此外，我们报告的流动可视化和热线测量的实验结果，增加值的出血系数。当应用足够量的底部排气时，流动显示表明，涡脱落被抑制，平均流变为轴对称。线性不稳定性分析预测的临界泄放系数在本文分析的雷诺数范围内落在实验值之内。
2019-12-15 physics.flu-dyn
Self-sustained oscillations in whiskers without vortex shedding
感知水的流动或空气扰动对许多动物的生存至关重要：流动信息有助于它们定位食物、配偶和猎物，并逃离捕食者。在不同的物种中，许多流量传感器采用长而灵活的杠杆形式。已知这些杠杆在与流体流动相互作用时表现出持续振荡。在存在旋涡脱落的情况下，振荡通过诸如尾流或旋涡诱导的振动等机制发生。然而，没有明确的解释的机制，管理的持续振荡的柔性悬臂没有旋涡脱落。在最近的工作中，我们表明，一个灵活的圆柱形悬臂可以经历持续的振荡，在其第一自然振动模式在水中的雷诺数低于临界雷诺数的旋涡脱落。的振荡被证明是由一个频率匹配（同步）之间的流动频率和悬臂梁的第一模式固有频率驱动。在这里，我们使用一个贴体的流体-结构求解器的基础上的Navier-Stokes方程和非线性结构方程来模拟在空气中的悬臂晶须在亚临界值的雷诺数的动态。结果表明，第二模式同步控制的晶须的持续振荡。在振动过程中，剪切层中的波形图案主导晶须的尾流，表明平行剪切层与晶须的运动同步。作为这种同步的结果，椭圆形的运动轨迹，与匹配的流向和横流振动频率，观察沿晶须。这项研究的结果提出了可能的方向设计人工生物启发流量传感器。
2022-11-08 physics.flu-dyn
Interaction of Sustained Vortex Shedding with a Phononic Subsurface: Effect of Positioning and Resonant Characteristics
organization= The Grainger College of Engineering, Department of Mechanical Science；Engineering , addressline= University of Illinois Urbana-Champaign , city= Urbana , postcode= 61801 , state= Illinois , country= USA；organization= The Grainger College of Engineering, Department of Aerospace Engineering , addressline= University of Illinois Urbana-Champaign , city= Urbana , postcode= 61801 , state= Illinois , country= USA
本研究采用高保真浸入边界法，探究声子subsurface的弦向位置与共振位移振幅增长率对平板分离流涡脱的流固耦合动力学的影响，揭示可显著降低升力、阻力振荡振幅且平均力变化极小的配置及作用机制。
2026-10-16 physics.flu-dyn
Vortex shedding suppression in elliptical cylinder via reinforcement learning
本文利用深度强化学习研究受限椭圆圆柱的多目标流动控制，发现大长径比和低阻塞比条件下可有效减阻、抑制升力波动并完全消除涡脱落，同时保持低能耗，为细长钝体尾流稳定控制提供了新思路。
2025-07-21 physics.flu-dyn
Onset of vortex shedding around a short cylinder
本文通过三维DNS和全局LSA研究短圆柱体（长径比0.5-2，Re≤1000）的涡旋脱落起始，发现两种脱落模式及稳态尾流，频率与全局模态对应。
2021-11-14 physics.flu-dyn
Discrete shedding of secondary vortices along a modified Kaden spiral
当物体在流体中加速运动时，剪切层的卷起会形成一个主涡。这个主涡不会无限增长，并将达到一个有限的大小和强度。超过临界极限的额外涡量将最终形成尾剪切层并积累成二次涡。二次涡流通常比一次涡流小得多。在这里，我们专注于形成，脱落，和轨迹的二次涡产生的旋转矩形板在静止的流体中使用时间分辨粒子图像测速。雷诺数（Re）从840变化到11150。在低Re时，剪切层是一个连续不间断的涡量层，它卷起形成一个单一的相干主涡。当Re=1955时，剪切层变得不稳定。当Re>4000时，二次涡从板尖离散释放。首先，我们证明了卷起的剪切层，主涡的轨迹，和二次涡的路径可以预测的修改卡登螺旋。其次，分析了二次涡脱落的时间。在旋转过程中，连续的二次涡释放之间的时间间隔不是恒定的，而是随着更多的涡脱落而增加。脱落时间间隔也随雷诺数的减小而增大。在两种条件下增加的时间间隔是由于循环进料速率降低。
2021-03-16 physics.flu-dyn
Observation of von Kármán Vortex Street in an Atomic Superfluid Gas
本文报道了在扁原子玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋团簇从运动障碍物上脱落的实验观察。当障碍物速度$v$低于某一临界值时，会产生由两个同号涡组成的涡团，形成类似于冯卡门街的规则结构，随着$v$的增加，脱落模式变得不规则，出现许多不同类型的涡团。特别是，我们观察到，与脱落频率相关的Stouhal数随着$v$的增加而表现出饱和行为。涡团脱落的规则到湍流的转变揭示了超流体和经典粘性流体之间的显着相似之处。我们的工作开辟了一个新的方向，实验研究的超流雷诺数表征普遍超流流体力学。
2016-10-22 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Falling plates with leading-edge vortex shedding
本研究提出一种可实现前缘涡脱落的无粘流体中下落薄板数值方法，首次在无粘模拟中观测到大振幅颤振、翻滚等运动，验证了运动转变点与已有结果的一致性，并探究了V形板密度和弯折角对下落动力学的影响。
2025-09-30 physics.flu-dyn
Onset of Vortex Shedding and Hysteresis in Flow over Tandem Sharp-Edged Cylinders of Diverse Cross Sections
本文数值研究了不同截面串联锐边圆柱绕流，发现下游矩形纵横比和间隙间距会改变流动模式、抑制上游涡脱，并确定了涡脱起始临界雷诺数及迟滞极限范围。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Criteria for dynamic stall onset and vortex shedding in low Reynolds number flows
本文通过高分辨率大涡模拟研究低雷诺数下SD7003翼型动态失速，发现边界涡量通量（BEF）判据能识别并定位前缘吸力参数（LESP）无法捕捉的局部涡脱落事件，为流动控制提供新依据。
2024-02-01 physics.flu-dyn
Feedback control of vortex shedding using data-driven modelling
Oxford Thermofluids Institute, University of Oxford（牛津大学热流体研究所）；Rolls-Royce plc（罗尔斯·罗伊斯公司）
本文针对Re=1000的圆柱绕流涡脱，采用带控制的动态模态分解构建降阶模型，设计LQG控制器实现涡脱抑制，在3D DDES中获13.7%阻力降低，证明2D URANS模拟可用于生成控制用降阶模型。
2026-08-26 physics.flu-dyn
A Reduced-Order Discrete-Vortex Method for Flows with Leading-Edge Vortex Shedding
前缘涡（LEV）的形成是气动表面非定常流动的一个关键特征，但在高保真度计算中建模成本很高。基于离散涡元的低阶方法能够捕获这些流动的物理行为，特别是当用模拟前缘维持吸力能力的标准增强时。这些模型比高阶方法快得多，但由于涡元素不断脱落并对流进入尾流，因此其费用仍然增加，实际上是一个$\mathcal{O}(n^2)$问题。本文提出了通过限制LEV拟序结构中涡元数为N来加速前缘吸力参数离散涡方法（LDVM），并由此命名为N-LEV LDVM方法。与原始LDVM模型和计算流体动力学（CFD）模拟相比，N-LEV LDVM方法正确地近似了流动，直到LEV分离点，N-LEV LDVM无法建模。我们建议通过LEV文献中研究的两个物理分离标准重新引入这种行为，LEV中的最大环量阈值和后缘气流反向。我们证明了N-LEV LDVM方法的能力，以准确地预测这两种机制的分离发生的瞬间与实验结果相比，奠定了他们的纳入方法的基础。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Optimal control of circular cylinder wakes using long control horizons
在基于伴随的最优控制框架下，重新讨论了利用物体旋转抑制圆柱尾迹涡脱落的经典问题。圆柱体的不稳定和完全不受约束的旋转速率在雷诺数为75和200之间进行优化，并且在比以前的研究更长的范围内进行优化，在以前的研究中，它们通常是涡脱落周期或更短的顺序。在最佳配置中，阻力降低了19%，有效地抑制了涡脱落，并且在瞬态后以最小的圆柱旋转保持这种低阻力状态。与开环控制不同，最优控制被示出为保持致动和脱落之间的特定相位关系，以稳定尾流。还比较了不同雷诺数、成本函数和水平长度的优化性能。结果表明，为了有效地稳定旋涡脱落，所使用的长视野是必要的。
2015-08-27 physics.flu-dyn
Lock-in effect of over-tip shock waves and identification of the escaping vortex-shedding mode in pressure-driven tip leakage flow
利用时间分辨纹影显示技术研究了间隙区叶顶泄漏流的非定常流动结构。在风洞中建立了一个通用的叶尖模型，并在从低亚音速到跨音速的工作条件下进行了试验。为了获得更好的流动显示效果，提出了多截断叠加技术。定量图像处理进行提取的流动结构和不稳定模式。进行额外的数值模拟，以帮助分类所观察到的流动结构。通过傅立叶分析和动态模态分解揭示了叶尖上激波振荡、剪切层扑动和旋涡脱落等非定常流动结构。结果表明，在亚音速条件下，剪切层不稳定性的触发位置是单调延迟的叶片载荷的增加，但是，这种模式是在跨音速条件下被逆转。这意味着流动的可压缩性，流动加速，和振荡的顶部激波是关键因素有关的顶部流动不稳定性。在剪切层扑动模式下，观察到翼尖上激波在频率和位置上被锁定。还观察到一种间歇流动模式，称为逃逸涡脱落模式。这些流动结构是控制叶顶泄漏流动的关键因素。根据观测到的流动动力学，提出了叶顶泄漏流结构和相关运动的示意图。最后，获得了一个实验数据集的验证未来的数值模拟。
2022-07-20 physics.flu-dyn
Feedback control of vortex shedding using a resolvent-based modelling approach
研究了低雷诺数下二维圆柱绕流的最优反馈控制器的性能和鲁棒性。为了便于控制器的设计，我们提出了一种有效的建模方法，在该方法中，我们利用预解算子重铸的线性化纳维-斯托克斯方程的输入输出形式，从频率响应可以计算。因此，通过使用从这些频率响应中识别的低阶模型，克服了将现代控制设计技术应用于复杂的高维流系统的困难。低阶模型被用来设计最优控制律，使用$\mathcal{H}_{\infty}$回路成形。两个不同的控制安排被认为是，这两个采用单输入和单输出。在第一控制装置中，位于尾流中的速度传感器驱动圆柱体附近的一对体积力。在雷诺数为$Re=110$时，观察到完全抑制脱落。由于涡流脱落的对流性质和相应的时间延迟，我们观察到一个基本的权衡：传感器应该足够接近气缸，以避免任何过度的时间延迟，但它应该保持足够远离气缸，以测量下游发展的任何不稳定模式。结果发现，这两个相互矛盾的要求变得更难以满足较大的雷诺数。在第二个控制安排，我们考虑一个实际的设置与身体安装的力传感器和致动器，振荡的气缸根据升降机测量。结果表明，该系统是稳定的，只有到$Re=100$，我们证明了为什么所得到的反馈控制器的性能恶化得更快，随着雷诺数的增加。还分析和讨论了为每个控制设置设计鲁棒控制器的挑战。
2019-09-11 physics.flu-dyn
On the characteristics of the turbulent wake behind a wall-mounted square cylinder
采用Spalart-Allmaras改进的延迟分离涡模拟（S-A IDDES）和本征正交分解（POD）方法，对高宽比为4的方柱绕流进行了湍流数值模拟。雷诺数等于12，000（基于自由流速度和障碍物宽度）。本文着重分析了障碍物尾迹的涡结构和沿障碍物高度的涡脱落过程。一阶和二阶流动统计与现有的实验和直接数值模拟数据的定量比较被用来验证数值结果。数值模型与产生湍流入流条件的涡方法（VM）相结合，可以成功地再现障碍物周围和后面的流场，具有值得称赞的精度。利用数值模拟得到的时均和瞬时流动参数，详细讨论了尾流形成区附近的流动结构和旋涡脱落特性。分析了偶极型平均流向涡和半圈发夹型瞬时涡的能量运动。一个连贯的脱落结构沿障碍物使用两点相关性。两种类型的涡脱落的时间间隔，即低振幅波动（LAFs）和高振幅波动（HAF）。对尾迹的POD分析表明，在障碍物高度的0.25 ~ 0.5之间，前两个POD模态代表交替脱落，对动能的贡献在66.6%~ 57.6%之间。一个简单的低阶模型的基础上的涡脱落相位角和从POD获得的时间系数的频谱被开发来预测的尾流动力学的高度范围内的交替脱落占主导地位。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Triad interactions investigated by dual vortex shedding
本文通过双杆涡旋脱落向近似层流中注入受控波分量，结合实验测量与计算机模拟，分离并量化了流动发展过程中的三元组相互作用，揭示了纳维-斯托克斯方程非线性项驱动能量向高频转移并形成能量级联的机制。
2023-04-13 physics.flu-dyn
Vortex Interaction in Triple Flickering Buoyant Diffusion Flames
本文通过计算复现三重闪烁浮力扩散火焰的四种动力学模式，并从涡量重联与涡致流动角度解释了同相、死亡、旋转和部分同相模式的形成机制。
2022-01-05 physics.flu-dyn
End boundary effects on wakes dynamics of inclined circular cylinders
我们进行直接的数值模拟来表征三维尾流动力学的长倾斜圆柱与非均匀的端部边界条件。三个雷诺数，$\Rey=100$，200和300被认为是揭示的内在的二次不稳定性和外在的端部边界效应在塑造三维流动的作用。在$\Rey=100$，通过诱导斜向涡脱落，在整个圆柱体跨度上都能感受到端部边界效应，与平行脱落相比，斜向涡脱落与尾流中更强的展向流有关。在考虑倾斜角和倾斜角的情况下，斜向开口的斯特劳哈数与直圆柱体平行开口的斯特劳哈数之间存在余弦关系。在$\Rey=200$，内在的二次不稳定性导致大尺度的旋涡位错，阻止了端部边界效应向更远跨度的传播。然而，对于倾斜的情况下，仍然可以观察到从上游端边界的有限跨度内的斜向脱落。从余弦定律的观点来看，斜涡与$\Rey=200$的二维流动有关。进一步沿翼展方向，斜涡随着小尺度涡的形成而不稳定，并且流动过渡到典型的模式A* 尾流。在$\Rey=300$，端部边界附近的高度三维流动产生沿圆柱体跨度传播的扰动，在小倾角情况下产生涡流位错。对于大倾角，斜涡脱落再次观察到的圆柱跨度，并没有被破坏的涡位错的内在或外在的原因。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Shedding of Vortex Rings from an Oscillating Sphere in Superfluid He-4 below 0.5 K - The Origin of the Turbulent Drag Force
围绕振荡球体的湍流的开始已知发生在临界速度vc ~ sqrt（kappa ω）处，其中kappa是循环量，ω是振荡频率。然而，在驱动力幅值F的小区间内（或高于vc几个百分比的相应速度幅值），发现湍流是不稳定的。流型在势流和湍流之间间歇地切换。湍流相的寿命呈指数分布，其平均寿命τ随驱动力的增加而迅速增长，即τ（F）~ exp [（F/F1）^2]。在这项工作中，比以前更详细地分析了这个实验结果，特别是确定了力F1。结果表明，湍流阻力F（v）~（v^2 - vc^2）可以定量地归因于具有球体大小的涡环脱落。此外，我们可以推断出在任何给定的速度v下，每半周期在湍流阻力上脱落的涡环的平均数量。
2013-09-08 cond-mat.other physics.flu-dyn
Dean flow and vortex shedding in a three-dimensional 180$^\circ$ sharp bend
本文对180 °方形截面急弯内的流动进行了详细的分析。除了发现这种通用配置的许多应用之外，其主要的基本兴趣在于出口中的再循环气泡和从弯管的转弯部分内驱动的一对迪恩涡流的共存，以及它们的相互作用如何驱动流动动力学。一个临界点分析首先表明，复杂的流动拓扑结构，从这个特定的配置，结果可以减少到三对临界点的对称平面的弯曲（与焦点和半鞍）。这些对分别产生第一再循环气泡、一对迪恩涡流管和位于弯曲部的上角的第三对涡流管，其类似于迪恩涡流，但是强度低得多，并且对流的其余部分的影响小得多。相反，迪恩流驱动一个强大的垂直射流，将再循环气泡分成两个对称的瓣。当这些波瓣开始反对称振荡时，不稳定性通过超临界分叉在$Re\lesssim800$处开始。这些最初的周期性振荡的振幅增长，直到叶脱离主回流。然后，系统进入第二周期性状态，在该状态下，由迪恩流驱动的流向涡流交替形成并在出口的左右部分脱落。这种周期性旋涡脱落的新机制是由于出口中的再循环气泡与转弯部分中产生的一对迪恩旋涡之间的微妙相互作用而产生的，从这个意义上说，它们被认为是具有足够近侧壁的180度$^o$弯管的独特特征。
2018-07-28 physics.flu-dyn
Onset of vortex shedding in flow past Rankine ovals
本研究通过直接数值模拟，系统研究了 Rankine 椭圆绕流中涡脱落的起始，发现 Ua/m 与临界雷诺数呈线性关系，并给出了斯特劳哈尔数和阻力系数的经验公式，实现了无需数值模拟的总阻力预测。
2025-09-08 physics.flu-dyn
Reconfiguration and oscillations of a vertical, cantilevered-sheet subject to vortex-shedding
研究垂直悬臂聚乙烯薄板在 Bénard-Kàrmàn 涡旋作用下的平均重构与尖端振荡，提出静平衡和扭转弹簧平板模型，并揭示锁定、尾流致振及多频模态响应。
2023-07-30 physics.flu-dyn
Oscillations of a cantilevered micro beam driven by a viscoelastic flow instability
柔性结构与粘弹性流的相互作用可以产生非常丰富的动力学。在本文中，我们提出的粘弹性聚合物溶液的流动和悬臂梁之间的相互作用在一个有限的微流体几何形状的结果。研究了变长度变柔度悬臂梁。随着流量和Weissenberg数的增加，流动从前后对称流动过渡到梁上游的稳定脱体涡，再过渡到与时间相关的不稳定涡脱落。梁上游不稳定涡的脱落对悬臂梁施加了随时间变化的拖曳力，导致流致梁振荡。柔性梁的振荡被分为两个不同的制度：一个制度，从上游的梁产生一个正弦光束振荡模式与振荡频率单调增加与韦森伯格数，和一个制度在高韦森伯格数的特点是三维混沌流不稳定性的振荡频率平台。本文详细介绍了流动转变的临界开始、旋涡脱落的机制以及悬臂梁响应的动力学，作为梁柔性和流动粘弹性的函数。
2019-10-09 physics.flu-dyn
Optimal waveform for fast synchronization of airfoil wakes
本研究基于相位降阶方法求解最优驱动波形，实现了低至两个周期的翼型尾流快速同步，显著优于传统正弦驱动，为非定常流动控制提供了高效手段。
2023-11-17 physics.flu-dyn
Comparison of three numerical stabilization techniques of viscoelastic flows: vortex shedding behind a confined cylinder
本文利用OpenFOAM平台，基于有限体积法，研究了二维粘弹性圆柱绕流问题。选择考虑聚合物分子有界伸长的FENE-P模型来描述聚合物溶液的弹性本构关系。最大分子链长L = 10，50，100，和200被认为是描述的聚合物溶液的分子构象特征。为了改善粘弹性流动模拟的数值不稳定性，提出了三种不同的方法，对加入人工粘度的传统方法（Td）、对数重建方法（Log）和平方根张量方法（Sqrt）进行了评价。结果表明，对于小分子链长（L = 10）的模拟，人工粘度对模拟精度影响不大。然而，对于长的分子链长度，如L = 100和L = 200，添加人工耗散往往高估的阻力，这表明，需要特别小心，以纳入人工耗散的模拟。此外，对数重建方法显示出强烈的网格依赖性，这可能会产生非物理结果。
2022-08-10 physics.flu-dyn
Hysteretic transition from laminar to vortex shedding flow in soap films
有不同的方式使流体流动成为湍流，但通常在此之前发生许多不稳定性。在这些不稳定性中，从层流到旋涡脱落的转变具有重要的实际意义。在这里，我们研究的流动，在足够高的流速，涡流产生的一个固定的障碍物（圆筒），它穿透流动，准二维肥皂膜。我们目前的实验结果表明，从层流到周期性卡门涡街的过渡可以是滞后的，即改变平均流速$\bar V$涡流可以生存在低于产生它们所需的速度的速度。这是一个意想不到的结果，因为3D实验很好地描述了霍普夫方程，这是不兼容的滞后。除此之外，我们的数据不能令人满意地拟合滞后的通用模型，即五阶朗道方程。结果发现，现象学模型描述我们的实验结果很好。证据表明，润湿性能的杆，机械不稳定性（即振动）的设置，和周围空气的影响是不是滞后的原因。为了减少三维效应，用厚度约为膜厚度八倍的圆盘代替棒。用圆盘代替杆增加了间隙宽度和脱落频率。通过瞬态测量研究了滞后间隙中系统的行为（例如不稳定轨迹）。
2000-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Passive control of the onset of vortex shedding in flow past a circular cylinder using Slit
本文采用数值模拟的方法研究了层流状态下二维圆柱绕流的被动流动控制现象。其目的是探索被动控制技术，其中包括引入狭缝的几何形状的圆柱。狭缝宽度比S/D（狭缝宽度/直径）和狭缝角度（相对于来流方向测量）这两个参数在确定临界雷诺数（Rec）的趋势方面起着至关重要的作用。大多数分析调用流动可视化和饱和振幅方法，以获得不同情况下的临界雷诺数（指示旋涡脱落的开始）。利用Stuart-Landau方程进行的Hopf分岔分析和全局稳定性分析证实了预测解的准确性和一致性。通过狭缝的额外流量增加了气缸下游的压力，因此导致修改后气缸的Rec增加。在0度狭缝角下，临界雷诺数随修改圆柱体的S/D增加（因为额外的流量随S/D增加）。在S/D（0.05-0.15）范围内，临界雷诺数随狭缝角的增大而增大，在此范围内，脉动强度随狭缝角的增大而减小。当S/D= 0.15-0.25时，缝道中的额外流动引起尾迹不稳定，导致Rec随缝道角的增大而减小。获得的相关性，估计临界雷诺数为一个给定的S/D和狭缝角。
2021-02-02 physics.flu-dyn
Dynamic similarity of vortex shedding in a superfluid flowing past a penetrable obstacle
Seoul National University（首尔大学）；NextQuantum, Seoul National University（NextQuantum，首尔大学）；Institute of Applied Physics, Seoul National University（首尔大学应用物理研究所）
研究超流体绕穿透障碍物的涡街动力学，定义有效直径并构建超流体雷诺数，揭示涡旋脱落转变及斯特劳哈尔数与阻力系数的普适性。
2026-05-13 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Vortex shedding and heat transfer from a heated circular cylinder in Bingham plastic fluids
本文数值研究了Bingham塑性流体中受热圆柱体的涡脱落与传热特性，系统分析了Re、Pr和Bn的影响，揭示了亚临界分岔导致的阻力与传热突跳，并建立了平均Nusselt数与Bingham数之间的类Carreau-Yasuda黏度模型关系。
2024-11-24 physics.flu-dyn
Effects of Annulation on Low-Reynolds-Number Flows over an Orthocone
本文数值研究锥面横向环纹对直锥低雷诺数绕流的影响，发现其改变涡脱落转捩临界雷诺数、降低主导频率并增大阻力，且借助POD与SPOD揭示了尾流相干结构差异。
2023-04-25 physics.flu-dyn
On the Mechanism of Large Amplitude Flapping of Inverted Foil in a Uniform Flow
弹性翼片在后缘固定的情况下与均匀流相互作用，也称为倒置翼片，表现出各种复杂的自诱导扑动状态，例如大振幅扑动（LAF）、变形扑动和翻转扑动。在这里，我们进行了三维数值实验，以研究雷诺数Re= 30，000时涡脱落和涡-涡相互作用对LAF响应的作用。在这里，我们研究了一种新的配置，其中我们引入了一个固定的分离器板在后缘的倒翼的动力学，以抑制从后缘的涡脱落，并抑制反向旋转的涡之间的相互作用。我们发现，抑制的相互作用有一个微不足道的影响，横向扑动振幅，由于相对较弱的耦合之间的反向旋转涡从前缘和后缘发出。然而，后缘涡的抑制降低了翼片的流向扑动振幅、扑动频率和净应变能。为了进一步推广我们对LAF的理解，我们接下来对相同的翼型特性进行低雷诺数（Re $\in[0.1,50]$）模拟，以实现涡流脱落对大幅挥舞的影响。由于在低$Re$区域没有旋涡脱落过程，倒置翼型不再表现出周期性的扑动。然而，柔性翼片仍然通过发散不稳定性而失去其稳定性，以经历大的静态变形。最后，我们介绍了一个类似的分析模型LAF的基础上的动力学的弹性安装平板进行流诱导俯仰振荡在均匀流。
2017-11-03 physics.flu-dyn
Complementary, Not Cumulative: Interaction Effects in Physics-Informed Neural Networks for Navier-Stokes Vortex Shedding
本文针对Navier-Stokes涡脱问题，研究物理信息神经网络（PINN）技术的交互效应，发现仅周期性激活函数（SIREN）与因果加权结合可实现4.1%的平均相对L2误差，额外添加技术会导致性能下降，说明PINN干预措施存在非线性交互。
2026-08-21 cs.LG physics.flu-dyn
A Unified Strouhal-Reynolds Number Relationship for Laminar Vortex Streets Generated by Different Shaped Obstacles
根据对圆柱体在流动肥皂膜中的层流涡脱落的观测，最近提出了一种新的Strouhal-Reynolds数关系式$St=1/(A+B/Re)$。由于新的$St$ - $Re$关系式是从一般的物理考虑导出的，因此它提出了一种可能性，即它可能适用于除圆形物体以外的物体的旋涡脱落。本文提出的工作提供了实验证据，这是这种情况。我们的测量还表明，在渐近极限（$Re\rightarrow\infty$），$St_{\infty}=1/A\simeq0.21$是恒定的独立杆的形状，离开$B$的唯一参数是形状相关的。
2017-08-14 physics.flu-dyn
Optimal sensor and actuator placement for feedback control of vortex shedding
我们考虑线性闭环控制的二维流动在低雷诺数下通过一个圆柱，特别关注的是一个单一的传感器和一个单一的执行器的最佳位置。为了适应高维度的流量，我们计算其领先的预解强迫和响应模式，使H2最优估计器和控制器的设计。然后，我们研究三个控制问题：i）最优估计（OE），其中我们测量在一个单一的位置，并估计整个流量; ii）全状态信息控制（FIC），其中我们测量整个流量，但只在一个位置致动;和iii）整体闭环控制问题，其中一个传感器可用于测量和一个执行器可用于控制。我们的特点，这些控制安排的性能在一系列的传感器和执行器的位置，并讨论了有效的闭环控制时，使用一个单一的传感器和一个单一的执行器的影响。OE和FIC问题的最佳传感器和致动器的位置也被发现的整体闭环控制问题的雷诺数的范围内进行了比较。这种比较揭示了限制闭环控制性能的关键因素和相互冲突的权衡。
2021-03-31 physics.flu-dyn
Vortex motion around a circular cylinder
圆柱绕流中一对反向旋转的点涡的运动形成了一个丰富的非线性系统，常被用来模拟涡脱落。本文给出了相对于中心线对称运动的涡对的动力学哈密顿量的相图--这种情况可以通过在中心平面上放置一个分离板来实现。该分析提供了新的见解，并揭示了系统的新动力学特征，例如无穷远处的幂零鞍点，其同宿轨道定义了所谓的Föppl平衡的非线性稳定区域。指出适当布置在下游的涡对可以克服圆柱体并向上游无限远移动。此外，Föppl平衡的反对称扰动所产生的非线性动力学进行了研究，并讨论了其与旋涡脱落的关系。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Bistability in the wake of a wavy cylinder
我们研究了完全抑制卡门涡脱落的优化设计的波浪圆柱的尾流动力学。这种波状圆柱体被迫在横流方向上以正弦运动振荡。升力谱的检验表明，存在一个临界强迫频率，低于该频率时，波浪形圆柱体的流动控制有效性得以保留，超过该频率时，固有的旋涡脱落又复活。此外，即使没有持续的强迫，复活的非定常涡脱落也会持续存在，导致控制效能的损失。这表明，除了从均匀初始条件发展的定常状态外，如果初始状态被充分扰动，则在波状圆柱的尾流中存在振荡状态。在更复杂的来流条件下，波动状态的发现要求检验波动圆柱的流动控制有效性。
2019-09-12 physics.flu-dyn
Turbulence Kinetic Energy Distribution and Heat Transfer in a Porous Layer Induced by Bluff Body Vortex Shedding
Department of Mechanical and Aerospace Engineering, North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系）
研究通过 DNS 模拟探讨 bluff 体涡旋冲击 porous 层时湍流动能分布与热传递机制，发现低 porosity 增强局部和表面 Nusselt 数，揭示 porosity 对湍流衰减与对流热传递的调节作用。
2026-03-27 physics.flu-dyn
Lattice gas automaton modelling of a vortex flow meter: Strouhal-Reynolds number dependence
基于近年来有关旋涡脱落式流量计后旋涡三维结构的实验和计算结果[M。Reik等人，福施工程师74，77（2010）]，我们研究了斯特劳哈尔-雷诺数的依赖性在两个维度的涡街后，一个椭圆形的物体，采用两种类型的Frisch-Hasslacher-Pomeau（FHP）模型。我们的几何形状是为了在二维设置中再现旋涡脱落流量计的操作，从而防止三维旋涡结构的形成。特别是，我们检查，如果异常的三个维度的Stroolds-Strouhal数的依赖性报告也可以在我们的二维模拟中找到。由于我们发现，斯特劳哈尔数几乎是独立的雷诺数在这个特定的设置，我们的研究结果提供了支持的假设，三维流动结构是负责的依赖性，从而暗示在管道直径的重要性，工业涡流流量计的准确操作。
2017-01-30 physics.flu-dyn
Formation and dynamics of a semi vortex ring connected to a free surface
本文对在某些动物（如水）的运动中起作用的半涡环的形成和动力学进行了实验研究。这种半涡环是由一个平圆盘在水中作圆周运动而产生的。数字粒子图像测速仪提供速度场和涡流特性。我们展示了如何在很宽的雷诺数范围内，半涡环的属性与磁盘特性。特别是，我们的研究结果突出了一个更复杂的形成过程比一个完整的涡环产生的活塞冲程。除了典型的卷起在后面的磁盘，脱落现象发生在前缘，产生二次涡。与这个脱落过程有关的Strouhal数表明它来自Bloor在圆柱近尾流中识别的边界层的自由剪切不稳定性。最后，我们表明，盘的厚度影响的最终性质的半涡环通过二次涡的发射频率。
2022-02-12 physics.flu-dyn
