Polymer-induced drag reduction has yielded great potential benefits for industrial processes after more than 70 years of research. However, the limitation of low shear stability has hindered further applications. This study investigates the rheology, drag reduction rate (DR), and degradation of binary polymer mixtures comprising a rigid polymer (diutan gum, DG) and a flexible polymer (polyethylene oxide, PEO). The solutions all exhibited shear-thinning behavior, and the mixed solution was less viscous than the pure PEO or DG solutions at the total concentration of 100 ppm. When fixing the PEO concentration at 50 ppm, the mixed solution viscosity significantly increased with the DG concentration. The drag reduction performance of the pure PEO solution, pure DG solution, and various proportions of binary polymer mixtures was analyzed using an in-house rotor device. The DRs of the solutions increased with the Reynolds number (Re), and decreased with shearing time. The binary solution significantly improved the shear stability of the solution without loss of DR compared to the pure PEO solution. The theoretical model for molecular degradation in turbulent flow excellently fitted the experimental data of relative drag reduction with time. Furthermore, the synergistic interaction parameter was calculated, and it was positive for most cases in the mixtures. Additionally, when Re was fixed, the synergistic interaction parameter, related to the composition of binary polymer mixtures, initially decreased and then increased with time.

Direct simulations of external flow and the associated noise radiation are studied by an improved lattice Boltzmann method, i.e., the generalized interpolation-supplemented cascaded lattice Boltzmann method (GICLBM). In this method, the cascaded collision scheme is used to improve the numerical stability of the conventional collision schemes, and the generalized interpolation approach is used in the particle streaming process so as to allow a non-uniform and body-fitted mesh partition. With that, both near- and far- field flow dynamics and noise radiation are resolved simultaneously. In order to capture sound waves, the perfectly matched layer is also implemented so as to avoid waves reflected to and pollute the inner acoustic field. Moreover, a novel index technique is developed for the GICLBM to enable implicit streaming, which brings an efficient memory reduction. Three cases are then performed to showcase the feasibility, accuracy, extensibility, and efficiency of the present framework, including flow past a square cylinder, flow past an elliptic cylinder, and flow past a NACA 0012 airfoil, each implemented with a type of body-fitted mesh. Both the fluid dynamic and noise radiation are found in good agreement with results using the Navier–Stokes solvers. This study demonstrates the potential of the GICLBM for accurately and efficiently simulating external problems as well as the sound generation and propagation.

Droplets oscillating on vibrating substrates are very interesting scientifically, with applications such as anti-icing, droplet transportation, and measuring dynamic surface tension. Reported here are the dynamics of droplets with different volumes on a vibrating smooth surface infused with liquid of different viscosities. The movement of the three-phase droplet contact line is used to quantify the droplet dynamics, and it is found that this movement is linearly proportional to the amplitude of the substrate and inversely proportional to the viscosity of the liquid infused therein. When the substrate viscosity is relatively low, the droplet volume also affects the contact-line movement. Scaling laws for the contact-line movement are derived involving the Ohnesorge number and the reciprocal of the capillary number. Also elucidated is the relationship between the resonance frequency and the substrate viscosity, and the characteristic droplet morphology under different substrate viscosities is extracted to describe the contact-line movement. Interestingly, the substrate viscosity is controlled in an innovative way to achieve almost the same contact-line movement on the present surface as on superhydrophobic and hydrophilic surfaces.

Flexible polymers exhibit pronounced drag reduction but weak resistance to mechanical shear, whereas rigid polymers exhibit remarkable resistance to mechanical shear but slightly weaker drag reduction. Therefore, mixing flexible and rigid polymers could offer improvements in comprehensive drag-reduction performance. This letter reports an experimental study on the drag-reduction performance of binary polyacrylamide (PAM) and xanthan gum (XG) solutions with the PAM concentration fixed at 10 ppm. From comparing curves of the drag reduction rate vs Reynolds number and shearing time, 70-ppm XG is the optimal choice for forming a binary polymer solution with 10-ppm PAM. This binary solution also offers drag-reduction effects equivalent to those of a pure 50-ppm PAM solution. Although it decreases with time, the synergistic coefficient still remains much larger than zero. This implies that the positive synergistic effect of the PAM–XG binary solution persists even under long-term shearing. These results offer a fundamental basis for developing high-performance polymer drag reducers.

The density of the ocean is unevenly distributed along the depth direction, showing a stratified structure. When there is an external disturbance, large-scale internal solitary waves are easily generated. The internal solitary waves are bounded by the intermediate pycnocline, and the currents in the upper and lower layers will flow in opposite directions. This generates strong shear forces that threaten the safety of marine structures. In this paper, the flow field distribution characteristics of a cylinder under the action of internal solitary waves at different scales are analyzed as a research object. The whole cylinder is discretized into 40 regions, and the horizontal force applied to each section of the cylinder is extracted. The force characteristics of the cylinder are analyzed. It is concluded that the pressure is the main factor determining the magnitude of the total combined force. In addition, the paper extracts the main flow structures from the modal decomposition point of view and explains the reasons affecting the force behavior of the cylinder.

Liquid-infused surfaces (LISs), where a lubricant is infused within surface structures, have recently been developed for drag reduction. In the present study, by patterning alternating superhydrophobic strips and superhydrophilic strips over a rotating cylinder to produce a so-called patterned liquid-infused cylinder (p-LIC), the resulting wettability step effect leads to the formation of stable lubricant rings over the cylindrical surface and to consequent drag reduction. By increasing the height and viscosity ratio of the lubricant rings, or the width and depth of the wettability steps, the drag reduction rate can be enhanced, to a maximum value of 23.4% with the present p-LIC. The profiles of the mean azimuthal velocity at the superhydrophobic strip over the p-LIC indicate that the flow slips at the liquid–liquid interface, with the slip velocity being positively related to the drag reduction rate. These results provide a new approach to enhance the drag-reducing ability of LISs via the wettability step effect, and they can also serve as a guidance for the optimal design of drag-reducing LISs based on this approach.

The swift advancement of underwater weaponry has thrust deep water explosions into the spotlight as a strategic asset. This study endeavors to delve into the load dynamics of deep water explosions in proximity to curved boundaries, elucidating the behaviors of shock waves, bubble movement, and jet load transmission. Employing the structured arbitrary Lagrangian–Eulerian method, we construct a coupled fluid–structure interaction model to replicate the propagation of loads during deep water explosions. Subsequently, we examine the dynamic behavior of bubbles generated by deep-water explosions near curved boundaries, elucidating the impact of water depth and detonation distance on their non-spherical motion. Finally, we consolidate the load patterns of bubble jets near curved boundaries across diverse scenarios. Our findings reveal that deep-water explosion loads are affected by variables including water depth, detonation distance, and boundary conditions, displaying a discernible pattern and complexity. The presence of curved boundaries amplifies the intensity of shock waves, leading to a reduction in bubble radius, a shortened cycle, and alterations in bubble collapse dynamics.

The moving body usually leaves different forms of wake trails in fluids, and these wake fields contain physical information such as the state and geometry of the moving body. Recognizing and extracting these information from the wake can provide new insights for non-acoustic detection technology. Traditional methods do not easily extract the flow state, geometry, and other information directly from the wake structure. This work mainly uses convolutional neural network algorithms for intelligent recognition of the wake types of rotating triangles. Based on the flow field visualization technology of the soap film tunnel, the wake types of the flow around a structure controlled by external excitation of sinusoidal rotation are studied. The winding characteristics of the rotating triangle and the variation rule of the wake with control parameters are analyzed. At last, the recognition rate of the wake types on the test set is above 90%. The recognition rates of the experimental data not involved in the training conditions are all above 80%, demonstrating the generalizability of the model. This method provides a reference for further utilizing artificial intelligence in extracting physical information from wakes, playing a crucial role in advancing wake detection technology.