Internal waves in a compressible two-layer atmospheric model: The Hamiltonian description
研究了理想可压缩流体（气体）在重力场中的慢流动，其中存在两个等熵层，且两个等熵层之间的比熵相差很小。假设每一层中存在无旋流动[即${\bf v}_{1,2}=\nablaϕ_{1,2}$ ]，并通过条件${div}(\barρ(z)\nablaϕ_{1,2})\approx0$忽略声学自由度，其中$\barρ(z)$是平均平衡密度，我们根据边界形状$z=η(x,y,t)$和速度势的两个边界值之差：$ψ(x,y,t)=ψ_1-ψ_2$推导出界面的运动方程。证明了所得到的方程的哈密顿结构，这是由形式为${\cal L}=\int \barρ(η)η_tψ\,dx dy -{\cal H}\{η,ψ\}$的拉格朗日所决定的。考虑的理想化系统是研究急剧分层大气中内波的最简单的理论模型，其中基本上考虑了由于可压缩性而导致的平衡气体密度随高度的减小。对于平面流动，一般化的情况下，在每一层有一个恒定的位涡。更详细地研究了具有模型密度分布$\barρ(z)\propto \exp(-2αz)$的系统，对于该系统，可以显式地表达哈密顿量${\cal H}\{η,ψ\}$。一个长波制度被认为是，和一个近似的弱非线性方程的形式$u_t+auu_x-b[-\hat\partial_x^2+α^2]^{1/2}u_x=0$（被称为史密斯方程）推导出的单向波的演变。
2010-05-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dominant Resonance in Parametric Subharmonic Instability of Internal Waves
参量次谐波不稳定（PSI）是将潮汐产生的长内波能量转换为短陡波能量的重要机制之一。这些短波的破碎导致底辟混合，通过底辟混合维持海洋深海层结。长期以来，人们一直认为PSI在初级内波和频率为初级内波一半的扰动波之间最强。在这里，我们严格地表明，情况并非如此。具体来说，我们表明，无论是初始增长率，也没有最大的长期放大发生在半频，并证明占主导地位的次谐波有更长的波长比以前认为的。
2017-11-26 physics.flu-dyn
Compressible fluids with distinct mass and linear-momentum transport
University of Nottingham（诺丁汉大学）；Okinawa Institute of Science and Technology（冲绳科学技术大学院大学）
本文提出了一种热力学一致的连续理论，研究可压缩、粘性、导热流体中质量与线性动量传输的区别，推导了机械和热力学后果，并推导了应力不对称性、能量通量及壁面耗散不等式。
2026-04-26 physics.flu-dyn
Nonlinear internal wave penetration via parametric subharmonic instability
我们提出了一个实验室实验研究的谐波，空间周期性的边界强迫从上面的密度分层，包括一个强分层，薄上层坐在上面的弱分层，深下层的内部波场的结果。在线性状态下，与在上层中激发的相对高频率的内波相关联的能通量由于波场的倏逝衰减而被阻止进入下层。然而，在实验中，我们发现，在上层的参数分谐波不稳定性（PSI）的发展转移能量从强迫的主波到一对分谐波子波，每个子波能够穿透弱分层的下层。我们发现，在我们研究的区域，主波能量通量的$10\%$附近通过这种非线性波-波相互作用穿透到下层。
2016-02-11 physics.flu-dyn
Elliptical instability of compressible flow in ellipsoids
椭圆不稳定性是由于椭圆流线流体速度场中两个惯性模态的参数共振引起的。这种流动是潮汐变形旋转物体运动的简单模型。椭圆不稳定性通常导致三维湍流。伴随的湍流耗散和大尺度模的耗散对于恒星和行星双星系统的同步过程可能是重要的。为了确定可压缩性对恒星或行星中潮汐流稳定极限的影响，我们计算了小椭圆度椭球边界内椭圆流线流动的扰动增长率。此外，还考虑了潮汐扰动体$Ω_P$的轨道频率和流体粘性的影响。
2013-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Parametric Excitation of Internal Gravity Waves in Ocean and Atmosphere as Precursors of Strong Earthquakes and Tsunami
本文给出了在旋转流体层中，当流体层沿垂直轴方向振动或垂直温度分布随时间周期性变化时，从上方加热时，产生内重力波（IGW）参量激励的条件。我们显示的双重作用的分子耗散效应，可能会导致不仅是波振荡阻尼，但也出现流体动力耗散不稳定性（DI）在某些频段的IGW。对于水平尺度不超过有限深度流体层特征垂直尺度的局部化水平面龙卷风样扰动，也可能发生这种DI。调查参数共振机制IGW生成在海洋和大气中的地震期间和之前允许监测这样的波（与振动或温度梯度调制的周期的两倍周期）作为这些破坏性现象的前兆。
2013-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experimental study of parametric subharmonic instability for internal waves
内波被认为是最重要的，因为它们影响海洋混合和能量传输。内波的破碎有几个过程，它们通常涉及波与波之间的非线性相互作用。在这项工作中，我们实验研究的参数亚谐不稳定性（PSI），它提供了一个有效的机制，从大到小的尺度转移能量。它对应于主平面波的不稳定和两个较低频率和不同波矢量的次级波的自发发射。使用时频分析，我们观察到的二次波的时间演化，从而测量的不稳定性的增长率。此外，希尔伯特变换方法允许测量不同的波矢量。我们将这些测量结果与理论预测进行比较，并研究了不稳定性与主波频率和振幅的依赖关系，揭示了由于光束的有限尺寸而导致的限制对不稳定模式的选择的可能影响。
2013-02-01 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
Parametric instability and wave turbulence driven by tidal excitation of internal waves
本文研究了均匀周期性潮汐变形作用下分层流体层的稳定性。我们首先介绍了一个本地模型，它允许研究速度和浮力波动的拉格朗日域定期拉伸和剪切的潮基流。在保持关键的物理成分，这样的模式是有效的模拟潮汐振幅和耗散小的行星制度。有了这个模型，我们证明了潮汐流能够驱动参数的内波的亚谐共振，在某种程度上让人想起旋转流体中的椭圆不稳定性。通过直接数值模拟（DNS）计算的增长率与WKB分析和Floquet理论非常吻合。我们还研究了这种不稳定机制驱动的湍流。通过时空分析，我们发现这是一个弱的内波湍流发生在小的弗劳德数和浮力雷诺数。当激发频率和Brunt-Väisälä频率之间的间隔增加时，该波湍流的频谱显示出幂律，这让人想起在海洋中测量的Garett和Munk频谱的高频分支（Garrett & Munk 1979）。此外，我们发现，混合效率相比，在小弗劳德和大浮力雷诺数激发的分层湍流DNS的上下文中计算的是改变的，并且与波的叠加是一致的。
2017-12-23 physics.flu-dyn
Topology-Preserving Coupling of Compressible Fluids and Thin Deformables
本文提出保持流体域路径连通的约束 Voronoi 划分与 Godunov 有限体积耦合离散方法，实现可压缩流体与任意薄可变形固体的无泄漏双向力和能量交换。
2025-05-29 cs.GR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multi-gradient fluids
一个内能函数的质量密度，体积熵和它们的梯度在n阶产生的多梯度流体的表示。由于Hamilton原理，我们得到了一个数学形式的运动方程，它推广了理想可压缩流体的情况。流动的第一积分是理想可压缩流体的推广情况。运动方程和能量方程是针对耗散情况而写的，并且与热力学第二定律相容。
2018-03-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Minimal number of discrete velocities for a flow description and internal structural evolution of a shock wave
流体流动是由虚拟粒子跳跃均匀分布的节点与一个给定的有限组离散速度。我们强调，存在一个虚构的粒子之间的一个节点的集合中的离散速度是由概率。我们描述了一个可压缩的热流的精度水平的纳维-斯托克斯方程的25或33离散速度的二维空间和执行模拟调查内部结构的冲击波的演变。
2020-07-09 math-ph math.MP physics.comp-ph
Lift force in chiral, compressible granular matter
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文提出基于微极流体动力学的颗粒物质模型，研究了可压缩、破 parity 颗粒流中测试珠的升力力，通过奇粘性和微旋转效应揭示了手性颗粒流的物理机制。
2025-11-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Asteroseismology of evolved stars to constrain the internal transport of angular momentum. VI. Testing a parametric formulation for the azimuthal magneto-rotational instability
本文测试了Spada等人提出的与方位角磁旋转不稳定性相关的角动量传输参数化公式，发现其能同时重现红巨星分支和核心氦燃烧低/中质量恒星的核心自转速率，表明受辐射区较差自转调节的过程可解释后主序恒星的核心自转。
2023-02-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Port-Hamiltonian Modeling of Ideal Fluid Flow: Part II. Compressible and Incompressible Flow
本文的第一部分系统地推导了黎曼流形上理想流体流动的端口-哈密顿模型的Stokes Dirac结构。从作为流体的位形空间的一组非同态出发，通过Poisson约化导出Stokes Dirac结构，然后通过边界端口和分布端口来扩充。附加的边界端口已被证明是自然出现在对偶映射配对的表面项，在标准哈密顿理论中总是被忽略。在第一部分中提出的端口哈密顿模型只对应于流体的动能和它的能量变量如何演变，使能量守恒。在第二部分中，我们利用分布端口的动能端口哈密顿系统来表示一些流体动力学系统。通过添加内能，我们模拟可压缩流，绝热和等熵，并通过添加约束力，我们模拟不可压缩流。所使用的关键工具是相互连接的地图有关的流体运动的动态平流量的动态。
2020-12-03 math-ph math.DG math.MP
Extension of the sub-grid-scale gradient model for compressible magnetohydrodynamics turbulent instabilities
在可压缩、湍流磁流体力学中进行精确的大涡模拟比在非磁化流体中更具有挑战性，这是由于在不同尺度下动能、磁能和内能之间的复杂相互作用。在这里，我们扩展了亚网格尺度梯度模型，到目前为止，在动量和感应方程中使用的，也占未解决的尺度的能量演化方程的可压缩的理想MHD流体的通用状态方程。我们评估模型，考虑箱模拟的剪切层的开尔文-亥姆霍兹不稳定性触发的湍流，测试的情况下，小规模的动态不能完全捕获的分辨率考虑，这样的模拟发电机效应的效率取决于所采用的分辨率。这种数值收敛的缺乏实际上是目前几个天体物理问题中的一个常见问题，其中积分和增长最快的不稳定性尺度相距太远，无法在数值上完全覆盖。我们进行先验和后验测试的扩展梯度模型。在前者中，我们发现，对于许多不同的初始条件和分辨率，梯度模型优于其他常用的模型在相关性与残差来自高分辨率运行的过滤。在第二个测试中，我们展示了梯度模型的低分辨率运行如何能够定量地再现来自高分辨率运行的磁能（积分值和谱分布）的演变。这一扩展是实现相对论磁流体力学的第一步。
2019-09-12 astro-ph.IM physics.flu-dyn
Compressible solved-volatility stochastic fluid thermodynamics: source-consistent energy, finite-correlation reservoirs, entropy admissibility and boundary conditions
National Taiwan University（台湾大学）
本文针对已解波动率随机流体公式开发变密度热力学扩展，结合有限关联储层等得到熵可容性结果，零波动率极限下恢复经典可压缩Navier-Stokes-Fourier方程，经典型计算验证相关性质。
2026-07-31 physics.flu-dyn
Breaking of internal waves parametrically excited by ageostrophic anticyclonic instability
本研究数值模拟了地转非平衡反气旋不稳定性（AAI）参数激发内波的破碎过程，发现基于$λ/N$阈值存在直接破碎与弱波-波相互作用两种情景，并揭示了能量耗散率的两种标度性质。
2023-06-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A diffuse-interface method for compressible two-phase flows with seven- and six-equation models
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究针对可压缩两相流的六、七方程非平衡模型，提出新型diffuse-interface方法，改进了相密度隐式捕获，经KEEP离散化后在高密度比测试中展现出长时间积分的准确性、稳定性与鲁棒性。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Understanding the liquid jet break-up in various regimes at elevated pressure using a compressible VOF-LPT coupled framework
本文在OpenFOAM中开发了一个可压缩VOF-LPT耦合求解器，并利用它对LJICF进行了数值模拟。这种方法有助于准确地预测一个复杂的主要破碎的欧拉框架和二次雾化的球形液滴使用计算效率的LPT方法。耦合求解器与AMR的严格验证的液体射流在不同的操作条件下的横流。进一步研究了动量通量比和韦伯数对横流中各种流动特性和液体射流破碎现象的影响，并确定了液体射流破碎区的流向位置。在低动量通量比在袋破碎制度，预测表明，液体射流破碎发生由于增长的类似的不稳定性，通常观察到的高速液体片雾化。短波长假设的无粘色散关系类似于在这种情况下观察到的Kelvin-Helmholtz型不稳定性，而不是瑞利-泰勒不稳定性在高动量通量比的表面破碎制度。还提出了沿液柱横向边缘的剪切破碎是由于在液柱周围通过的空气的剪切层不稳定性而发生的。模拟波长紧密匹配的威廉森相关的剪切层不稳定性周围的圆柱体：一个形状类似的横截面的液体柱的底部。结果表明，在低动量通量比和中等韦伯数下，存在明显的流光或分叉现象。进一步的研究表明，内部液体边界层和液体射流后面的三维流场负责流光的形成。
2023-01-08 physics.flu-dyn
Effects of shock topology on temperature field in compressible turbulence
通过数值模拟研究了小尺度激波和大尺度激波两种激波拓扑结构对可压缩湍流温度统计特性的影响。小激波和激波分别由螺线管和压缩驱动力模式引起。在下文中，相关的两个流分别被称为SFT和CFT。结果表明，在SFT中，温度谱服从k^-5/3幂律，温度场具有“斜坡-悬崖”结构。相比之下，在连续傅里叶变换中，温度谱服从k^-2幂律，温度场主要是大尺度的稀疏和压缩。幂律指数为p.d.f. SFT和CFT的大负膨胀率分别为-2.5和-3.5，接近理论值。对于热力学变量的等熵假设，SFT中的导数随湍流马赫数（Mt）的增大而增大，而对于相同的Mt，CFT中的变量更加不等熵。角度统计表明，在CFT的温度梯度是优先垂直于各向异性应变速率张量。它倾向于与第一特征向量平行，并与其他两个特征向量正交。对于温度串级，粘性耗散和压胀效应使温度变化增大，而SGS温度通量使温度变化减小。压力膨胀的统计证明，在小尺度上，压力膨胀的贡献可以忽略不计，这是由于稀疏区和压缩区之间的高值抵消。压力膨胀的偏度函数的强正偏度意味着通过压缩从动能到内能的转换比通过稀疏的相反过程更强烈。此外，在SFT中，压力膨胀的波动近似遵循Zeman模型。
2015-06-12 physics.flu-dyn
Stretching and breaking of particles in compressible random flows
SIT Technologies（SIT科技有限公司）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）
研究压缩随机流对颗粒拉伸和断裂的影响，揭示高压缩性流中刚性颗粒更易断裂的反直觉现象。
2025-12-09 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Influence of a thin compressible insoluble liquid film on the eddy currents generated by interacting surface waves
最近在实验上观察到由相互作用的表面波产生涡流。该现象提供了操纵浸没在流体中的颗粒的可能性。分析表明，在自由表面情况下，由定常表面波产生的涡流的振幅不依赖于流体粘度。在流体表面被几乎不可压缩的薄液膜（即剪切弹性为零）覆盖的情况下，电流在参数上变得更大，与流体粘度的平方根成反比，所述薄液膜由不溶性试剂形成，与流体本体中的耗散相比具有可忽略的内部粘性损失。在这里，我们扩展了理论的薄不溶性膜的剪切弹性为零，剪切和扩张粘度的情况下，任意的弹性压缩模量。我们发现这两个贡献到拉格朗日运动的被动示踪剂，这是由欧拉垂直涡度和斯托克斯漂移平流。而斯托克斯漂移的贡献保持其值的自由表面的情况下外的一个薄的粘性子层，欧拉垂直涡强烈依赖于流体粘度在高值的膜压缩模量。斯托克斯漂移获得了很强的依赖于粘性子层内的流体粘度，然而，这种变化是由欧拉垂直涡量的相反变化补偿。结果，涡电流强度的垂直依赖性由两个衰减指数之和给出，其中两个衰减都是波数的量级。的减量是数值上不同的，所以欧拉的贡献成为主导在某些深度的表面膜与任何压缩模量。
2018-06-08 physics.flu-dyn
The Interplay of Parametric and Magnetorotational Instabilities in Oscillatory Shear Flows
针对翘曲盘内部振荡剪切流中参数不稳定性与磁旋转不稳定性（MRI）的相互作用未被研究的问题，通过三维磁流体动力学剪切盒模拟发现，临界强迫振幅上下两者主导作用不同，且内部应力具粘弹性各向异性，为翘曲盘模型改进提供依据。
2025-08-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Thermodynamics/dynamics coupling and thermodynamic consistency of Boussinesq and anelastic binary fluids with an arbitrary nonlinear equation of state
本文证明了Boussinesq流体和滞弹性流体的能量学中有一项可以确定为可压缩膨胀/收缩功$δW =-P {\rm d}\upsilon$的近似$δW_{ba}$，其中$P$是压力，$\upsilon$是比容。因此，Boussinesq和滞弹性流体承认明确的可压缩效应和内能与机械能之间的转换，其形式是由非绝热和绝热效应引起的密度变化引起的引力势能的明显变化。从$δW_{ba}$的知识，相应的近似的“热”$δQ_{ba}$可以构建在一个一致的方式，要求麦克斯韦关系得到满足，最终导致建设一个定义良好的近似的内能，并最终的全部范围内已知的热力学势。这些性质使得有可能赋予共同形式的Boussinesq和滞弹性近似与完全一致的能量和热力学，即使当非绝热效应和一个任意的非线性状态方程的二元流体被保留，而不损失的准确性。在这种情况下，可以表明，动能和焓的总和是一个保守量，它在非绝热和绝热运动的Boussinesq和滞弹性近似中起着总能量的作用。这意味着重力势能可以被看作是焓和内能之间的差，因此是流体的纯热力学性质。这些结果对我们理解分层流体中的湍流混合，以及修正目前数值海洋环流模式的能量学有一定的影响。
2011-06-21 physics.flu-dyn
An efficient and robust all-Mach consistent numerical scheme for simulation of compressible multi-component fluids including surface tension, cavitation, turbulence modeling and interface sharpening on compact stencils
提出一种基于单流体四方程的全马赫一致数值格式，结合THINC界面锐化与热力学相关更新方法，可高效模拟包含表面张力、空化及湍流效应的可压缩多组分流体。
2023-03-31 physics.flu-dyn
Waves in the gas centrifuge: asymptotic theory and similarities with the atmosphere
我们研究分层的气体在一个快速旋转的离心机作为地球大气的模型。基于微扰理论的方法，它表明，在某些制度下，在气体离心机内波有相同的色散关系的领导阶作为他们的大气兄弟。假设一个半径约为50 cm的充气离心机，现实大气类波的最佳旋转频率约为每分钟10 000转。在恒压下使用较低热容的气体，如氙气，旋转频率甚至可以减半，以获得相同的结果。类似于大气，在气体离心机中产生声波和内波之间的波频率以及因此的相速度的清晰尺度分离是可行的。除了离心力之外，科里奥利力作用在同一平面内。然而，它对轴向均匀内波的影响只表现为高阶修正。我们的结论是，气体离心机提供了一个前所未有的机会，研究大气内波实验与可压缩工作流体。
2021-09-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Parametric Subharmonic Instability in the Ocean Bottom Boundary Layer
University of Maryland（马里兰大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文通过线性稳定性分析和非线性模拟，研究了海洋底边界层中参数次谐波不稳定性（PSI）的发生机制、增长率及其对近底混合的贡献。
2026-05-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Non-linear fate of internal wave attractors
本文对均匀分层流体填充的梯形流体区域内波吸引子的不稳定性进行了实验研究。能量通过竖直壁的驻波型运动注入系统。吸引子被发现被破坏的参数亚谐不稳定性（PSI）通过三元共振，这是示出提供一个非常有效的能量路径从长到短的长度尺度。这项研究提供了一个解释，为什么吸引子可能很难或不可能在自然系统中观察到大振幅强迫。
2013-05-13 nlin.PS physics.ao-ph physics.flu-dyn
