Reconfigurable kirigami mesostructure enables modulation of lift and drag
该研究展示了一种可重构的剪纸(kirigami)介观结构,其通过流体诱导的变形在三维多孔架构与平面状态间切换,从而在相同流场条件下实现对升力和阻力的可调控及解耦。
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流体力学是研究流体如何流动、变形以及与其他物质相互作用的迷人领域。从日常的气流到浩瀚的星系演化,这一学科无处不在。在本分类中,我们聚焦于该领域的核心动态,用通俗的语言解读那些看似复杂的物理现象,让非专业读者也能领略流体世界的奇妙逻辑。
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该研究展示了一种可重构的剪纸(kirigami)介观结构,其通过流体诱导的变形在三维多孔架构与平面状态间切换,从而在相同流场条件下实现对升力和阻力的可调控及解耦。
该研究通过实验与模拟发现,相较于球形弹体,刚性杆、柔性杆及颗粒射流在垂直侵入低密度颗粒介质时,会因介质不均匀性迅速偏离垂直方向并旋转至水平静止,其中柔性杆易发生屈曲,而颗粒射流因动量转移机制其穿透深度显著小于同等质量的刚性杆。
该研究利用相场模型揭示了剪切流诱导表面活性剂分子重定向从而动态改变有效表面张力,并阐明了这一微观机制在弱及强受限几何条件下对液滴变形行为的显著影响。
该研究通过匹配渐近展开法推导了弱排斥力作用下稀悬浮液剪切诱导自扩散率的闭合标度律,揭示了梯度分量相对于涡度分量的对数增强特性及其对排斥势形式的普适性,并通过数值模拟验证了该理论在静电排斥情形下的准确性。
本文开发了一种结合两流体模型与细杆体理论的数值框架,通过线性分解流动场与力分布,高效模拟了具有椭球头部的鞭毛细菌在具有粘弹塑性及多孔微结构的生物流体(如粘液)中的游动行为,并分析了微结构相互作用对运动的影响。
本文推导了耦合非线性粘弹性板的弱非线性水波简化界面模型,获得了包含二次阶界面动力学的双向非局部演化方程及单向传播模型,并证明了这些模型在局部和全局意义下的适定性。
该研究结合大规模格子玻尔兹曼模拟与解析模型,揭示了分形树在宽雷诺数范围内的阻力危机现象,发现湍流来流显著降低了临界雷诺数并平滑了阻力骤降过程,从而挑战了修剪总能减小气动载荷的传统认知,并为城市植被的气动参数化及修剪策略提供了新的理论依据。
该研究利用高速成像技术首次直接观测到天然粉雪 avalanche 空中层内单个雪粒的运动,揭示了流动的分层结构、湍流特征及开尔文 - 亥姆霍兹不稳定性,为改进多相重力流数值模型提供了关键的实证约束。
该研究结合实验、理论与数值模拟,揭示了惯性效应在移动接触线流动中的关键作用,表明虽然惯性未根本改变流型,但会导致流线轮廓出现系统性偏差,且现有的惯性修正理论仅在特定雷诺数范围内有效,从而凸显了开发更复杂模型的必要性。
该研究通过实验与数值模拟验证了多孔声学黑洞(ABH)阻尼器作为一种宽带被动控制手段,能有效抑制氢燃料燃烧器中的热声不稳定性,显著降低声学压力振荡幅度。