A generalized memory effect in fluid/flame dynamics due to unsteady events (Open access)
Cheng Chi*,Zhisong Ou,Chunkan Yu,Wang Han,Dominique Thévenin
Keywords: Memory effect;Fluid-structure interaction;Turbulent flames;Unsteady flows
DOI: 10.1016/j.partic.2025.05.021
非定常流动系统中的记忆效应（Memory Effect）是指流动系统当前的动力学状态（如流体的速度、涡量、受力等），不仅取决于当前的边界条件和外部激励，还显著依赖于其过去的历史状态，表现为弛豫、滞后响应、路径依赖等非线性行为。这类效应广泛存在于湍流、燃烧、材料相变等过程中。记忆效应是非定常流动的固有特征，理解、建模和准确捕捉记忆效应，可帮助预测和分析复杂非定常流动系统动力学行为，但其目前在流体力学/燃烧学界尚未得到足够重视和关注。
本文通过具体实例揭示记忆效应在多种非定常流场中的重要性及其潜在影响。文中阐述了记忆效应的三个关键要素：非定常（触发）事件，流体响应及二者存在时间延迟，并以收缩颗粒的流场为例探讨了控制记忆效应的核心机制，以此揭示其与颗粒惯性和迟滞现象的内在区别。结果表明，用于衡量非定常触发事件与流体响应时间尺度之比的无量纲参数——Damköhler数，可量化记忆效应的强度，Damköhler数越小，对应越强的记忆效应。此外，作者还以振动翼诱导的流动行为为实例，验证了记忆效应在仿生推进/运动系统中设计、优化等工程应用中的潜力。 此研究为理解湍流、燃烧、流固耦合中的瞬态过程提供了新视角，并为优化相关工程应用（如仿生推进）开辟了新途径。
研究亮点
1. 基于多种应用场景（火焰传播、颗粒动力学、流固耦合等），系统性地提出非定常流动系统中的广义记忆效应。可作为一种通用框架解构“流动对过去状态的响应延迟”现象。
2. 引入关键无量纲参数——Damköhler数，用于量化记忆效应的强度。Damköhler数小，表明具有更强的记忆效应，这一规律为建模提供了新的物理量；同时也揭示了记忆效应的本质是两种时间尺度（触发事件 vs. 流体响应）之间的耦合。
3. 利用两种典型模型（收缩颗粒周围的非定常流动、振动翼激发的周期性流场）验证理论，以多维度、多时空角度支撑理论的可靠性与适用广度。
4. 在仿生飞行中的应用表明记忆效应的利用增强了推进效率和控制灵活性，揭示了记忆效应在该领域工程设计中的正向促进作用，打破“记忆效应=负面影响”的标签，被赋予新的价值。
相关研究成果发表于PARTICUOLOGY（Volume 103），欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
供稿：原文作者
排版：《颗粒学报》编辑部
文章信息
Chi,C.,Ou,Z.,Yu,C.,Han,W.,& Thévenin,D. (2025). A generalized memory effect in fluid/flame dynamics due to unsteady events. Particuology,103,232-241 https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.05.021.