Mean flow generation by three-dimensional non-linear internal wave beams
研究了弱非线性内波束产生强平均流的问题。与微扰展开，我们构造解析解的三维内波束，精确到一阶精度的粘性参数。我们特别关注通过振荡边界产生波束的微妙之处，例如实验室设置中的造波器。线性化方程组的精确解使我们能够导出平均垂直涡度产生项的解析表达式，它引起水平平均流。虽然与粘性光束衰减相关的平均流生成-称为流-之前已经描述过，但我们是第一个还包括振荡壁附近的特殊无粘性平均流生成的人，这是由振荡边界的横向边缘处的线涡引起的。我们的平均垂直涡量生产的理论表达式是在较早的实验室实验，以前未被识别的无粘平均流产生机制是显着的一致。
2018-12-12 physics.flu-dyn
A Versatile Laboratory Approach to Reproduce and Analyze Internal Ocean Wave Dynamics
University of North Carolina, Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；Scripps Institute of Oceanography（斯克里普斯海洋研究所）；Wake Forest University（维克森林大学）；Univ. Orléans, INSA CVL, PRISME, UPRES 4229（奥尔良大学，INSA中央-卢瓦尔河谷，PRISME，UPRES 4229）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文介绍一种适用于本科生实验的装置，展示海洋中常见波生成与破碎机制，并通过改变浮力雷诺数探讨粘性与惯性/浮力力的作用。
2026-03-13 physics.ed-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Strongly nonlinear models for internal waves: an application for the dam-break problem
本文对不可压缩分层欧拉流体内波传播的强非线性模型进行了数值和解析研究，以确定实验室实验中感兴趣的一类初始条件的演化。这类阶跃样的初始数据严重测试的鲁棒性的模型超出其严格的长波渐近有效性，和模型的保真度进行评估的父欧拉系统的直接数值模拟（DNS）。据发现，近孤立波形成的主要动力学是非常好的预测模型的波和流体性质，在一小部分的计算成本的DNS代码。
2017-03-27 physics.flu-dyn
Internal wave turbulence in a stratified fluid with and without eigenmodes of the experimental domain
本文通过实验发现层化流体中离散内波本征模会阻碍弱波湍流连续谱形成，并证明引入倾斜边界可抑制离散模态，从而实现趋近三维内波湍流的能量连续谱。
2023-05-30 physics.flu-dyn
Inherently Unstable Internal Gravity Waves due to Resonant Harmonic Generation
在这里，我们表明，存在内部的重力波是固有的不稳定，也就是说，他们不能在自然界中存在很长一段时间。不稳定性机制是一种单向（不可逆）谐波产生共振，永久地将内波的能量转移到其高次谐波。我们表明，事实上，有可数无穷多个这样的不稳定波。对于谐波发生共振，自由表面边界条件中的非线性项起着关键作用，并且如果采用简化的边界条件，如刚性盖或线性形式，则线性分层流体不会获得不稳定性。这里提出的谐波产生共振也提供了一种机制，将内波的能量转移到频谱的高频部分，在那里内波更容易破碎，从而将能量损失给湍流和热量，并有助于海洋混合。
2016-07-29 physics.flu-dyn
Experimental investigation of nonlinear internal waves in deep water with miscible fluids
本文介绍了深水中非线性内孤立波（ISW）在混溶流体中传播的实验结果。结果与直接数值模拟和考虑扩散界面影响的行波精确解进行了对比验证。波浪是通过溃坝产生的，它们的演化是用激光诱导荧光（LIF）和粒子图像测速（PIV）记录的。特别是，在一个框架中收集的数据与波在这里首次提出。我们的研究结果是地球物理应用在深海弱非线性理论未能捕捉到大振幅ISWs从现场观测的特点的代表。
2018-05-29 physics.flu-dyn
Numerical Simulation of Internal Tide Generation at a Continental Shelf Break
本文建立了一个全非线性三维数值模式，用于模拟具有真实分层的海洋中任意海底地形上的潮流。该模型能够准确地模拟细尺度内波潮束的产生，它们与海洋温跃层的相互作用，以及随后产生的孤立内波在此温跃层上传播。几个初步的模拟结果示出了均匀和非均匀流在一个理想化的二维山脊，这是比较与线性理论，并为流动在一个理想化的二维大陆架。
2014-10-07 physics.flu-dyn
Particle transport induced by internal wave beam streaming in lateral boundary layers
对深海沉积物、营养物和污染物迁移的物理机制进行量化是一个长期存在的问题，内波经常被用作海底附近粒子平流的相关机制。本研究的重点是内波诱导的粒子输运附近的（几乎）垂直的墙壁。我们报告了一系列的实验室实验，揭示了通过单色内部波束缓慢下沉的颗粒经历显着的水平平流。扩展Beckebanze等人（2018 a）的理论分析，我们将观察到的粒子平流归因于一种独特的、以前未被认识到的源自侧壁的流动机制。当垂直和水平速度分量相当时，这种垂直边界层流机制对于强烈倾斜的波束是最有效的。我们发现我们的理论预测和实验结果之间的良好协议。
2018-10-05 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
Experimental study of internal wave generation by convection in water
我们实验研究了从下面冷却到0^oC并从上面加热的水的动力学。利用水的密度最大值约为4^oC的不寻常特性，这种设置使我们能够在实验室中模拟与稳定分层层相邻的湍流对流层，这代表了大气和恒星条件。高精度的温度和速度的测量，特别关注对流激发的内波在分层区中传播。大部分的对流能量是在低频率，和相应的波是本地化的界面附近。然而，我们发现，一些能量辐射远离界面，携带较短的水平波长，较高的频率波。我们的数据表明，内波场是被动激发的对流起伏，和波的传播是正确的耗散线性波理论。
2015-06-18 physics.flu-dyn
Scale effects in internal wave attractors
作为一个必要的初步步骤，对物理意义上的外推，我们研究的尺度效应的内波吸引子在线性和非线性制度。我们使用两个几何相似的实验装置，缩放因子3，和数值模拟（光谱元素的方法，基于Nek5000开放式求解器）的一系列参数，通常是在实验室中访问。在线性区域，我们恢复了经典的粘性缩放的光束宽度，这是不受输入扰动的幅度的变化。在非线性区域，我们发现，吸引子分支的宽长比的标度是密切相关的能量级联从大规模的能量输入到耗散。我们目前的结果的波长，振幅和宽度的光束作为时间的函数，并作为一个函数的振幅的强制。
2018-05-11 physics.flu-dyn
Damping of quasi-2D internal wave attractors by rigid-wall friction
内重力波在倾斜边界的反射导致聚焦或散焦。在封闭区域中，聚焦通常占主导地位，并将波能量投射到“波吸引子”上。对于小振幅的内波，通过几何聚焦将能量投射到较高波数上可以通过高波数下的粘性耗散来平衡。与以前的建议相反，内部剪切层中的粘性耗散可能不足以解释经典准二维梯形实验室装置中的波吸引子实验。应用标准的边界层理论，我们提供了一个详细的描述粘性耗散的内部剪切层，以及在刚性边界。我们的分析表明，即使薄的横向斯托克斯边界层包括不超过1%的壁到壁的距离，由侧壁耗散占主导地位，在中间波数。我们对平衡状态下3D波吸引子谱的扩展模型缩小了Hazewinkel等人（2008）的观测和理论之间的差距。
2017-07-25 physics.flu-dyn
Laboratory and numerical study of intense envelope solitons of water waves: generation, reflection from a wall and collisions
通过数值模拟和实验研究了共线表面波强孤立波群的动力学。考虑了孤立波的产生、壁面反射和碰撞过程。研究了特征陡度高达$kA_{cr} = 0.3$（其中$k$是主波数，$A_{cr}$是波峰振幅）的陡孤波群。在所有考虑的相互作用之后，它们近似地恢复了结构。在与壁的相互作用和碰撞的过程中，示出了波峰的最大振幅增强到2.5倍。一个驻波状的结构发生在附近的墙壁，具有一定的位置的节点和波腹，而不管特定的相位的反射波群。一个强烈的不对称性的最大波群，由于一个异常的设置显示在孤子与不同频率的载波的碰撞的情况下。在某些情况下的正面碰撞的最高波的振幅大于在头上碰撞相同的孤子。所发现的强波群相互作用的影响在海洋流氓波的机制和表现方面是重要的。
2016-12-19 nlin.PS physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
Earth rotation prevents exact solid body rotation of fluids in the laboratory
我们报告的二次流激发地球旋转的直接证据，在一个充满水的球形容器中以恒定的旋转速率旋转。这种所谓的{ \it倾翻流}基本上包括围绕相对于球体的旋转轴稍微倾斜的轴的旋转。在天体物理学的背景下，它对应于行星旋转轴的岁差迫使行星液体核心中的流动，并被认为有助于产生行星磁场。我们使用安装在旋转框架中的粒子图像测速系统来检测这种弱的二次流。这种二次流存在于一个弱旋转中，它比球体旋转小一千倍，绕着实验室框架中静止的水平轴旋转。其振幅和方向与旋进激发的倾翻流理论定量一致。这些结果表明，在实验室实验中设置流体在理想固体中旋转是不可能的-除非将实验的旋转轴倾斜到与地球旋转轴平行。
2012-05-21 physics.flu-dyn
Laboratory Study of Turbulent Kinetic Energy within Mangrove Forest under Waves
通过波浪水槽实验区分红树林柔性冠层与刚性茎干对TKE的耗散和生成作用，并建立改进模型、A_w/S经验关系及第三模型以预测林内TKE。
2023-06-06 physics.flu-dyn
Non-local boundary conditions and internal gravity wave generation
本文主要研究分层介质中波动力学的数学模型。非局部吸收边界条件被认为是基于以下两个假设：（i）一个线性理论可以应用在很大的距离扰动源;（ii）有没有其他来源的波扰动混合区以外的分层介质。本文考虑的边界条件使我们能够描述分层介质中混合区产生的发散内重力波。
2010-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Asymptotic models for the generation of internal waves by a moving ship, and the dead-water phenomenon
本文讨论了静水现象，即船舶在分层流体中航行时，由于水面以下的波浪而受到重要的阻力。更一般地说，我们研究产生的内波的扰动以恒定的速度移动的两层不同密度的流体。从完整的欧拉方程出发，我们提出了几个非线性渐近模型，在长波制度。这些模型是严格合理的一致性或收敛的结果。然后提供了仔细的理论和数值分析，以预测流动的行为以及死水效应出现的情况。
2011-06-01 math.AP physics.flu-dyn
Experimental self-generation of axisymmetric internal wave super-harmonics
在本文中，我们提出了一个实验研究的弱非线性相互作用的轴对称内重力波在谐振腔中，由理论上的考虑。相反，在笛卡尔坐标系中的平面波，其中自相互作用项是空的线性分层，非线性自相互作用的内部波模式在轴对称几何形状被发现是有效的产生超谐波，即波的频率是整数倍的激励频率。由于在我们的实验中测试的频率范围，第一谐波频率低于分层所施加的截止，因此所产生的最低谐波总是可以传播。研究表明，超谐波场是满足内波频散关系和腔壁边界条件的驻波之和，且保持轴对称性。
2020-12-24 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Internal gravity waves near to the sources of disturbances at the critical modes of generation
本文描述了重力波在激发临界模式下的最近场结构。研究的是描述波场结构的垂直分量和垂直分量的速度在源的直接附近的精确解。在此基础上，将高程的单模用一阶全椭圆积分表示，垂直速度的单模用McDonald函数和对数函数表示。作为研究的结果，它是可能的，以获得表示波模式的总和，并通过伽马函数的导数表示的全场的表达式。所获得的渐近和精确表示的解决方案允许描述的内部重力波的激励源附近的源运动速度的宽范围内的生成的临界模式。
2008-02-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Evaluation of the linear theory satisfiability limits in propagation of the internal gravity waves
本文考虑了寻找内重力波传播的线性理论满足极限的问题。很明显，内部重力波的激发、传播在实际中是高度非线性的现象。然而，通过一些合理的假设，有可能将内波产生和传播的方程线性化。结果表明，在我们感兴趣的波长范围内，在研究内重力波动力学时，可以采用线性近似。同样，也很容易评估其他修正的影响，内部重力波的产生和传播的线性理论，所获得的结果表明线性模型波动动力学的充分性和支持性。
2009-11-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Spontaneous superharmonic internal wave generation by modal interactions in uniform and nonuniform stratifications
三元共振是内波耗散能量的一种机制，通常在远离其产生地点的位置。在本文中，我们进行了结合的理论和数值研究内波模式在有限深度的海洋与背景旋转和任意分层剖面的三元共振。首先，基于首阶非线性解不能发散的要求，导出了谐振三波组内模态振幅的空间演化规律。然后，针对两种不同情况数值求解振幅演化方程：（i）在均匀分层中与模式1超谐波（2{ω_0}）三阶共振的特定频率（{ω_0}）的模式1和2，以及（ii）在特定频率{ω_0}处与模式-2（2{ω_0}）三阶共振的自相互作用模式-3在一个代表海洋的不均匀分层中。共振三重态内的能量传递率的定量估计表明，由模态相互作用产生的超谐波应该是一个重要的考虑因素，除了其他三重态共振，如参数次谐波不稳定性（PSI）。值得注意的是，在情况（ii）中，振幅演化方程表明，{ω_0}处的模式3中的任何初始能量将永久地转移到频率2{ω_0}处的模式2。然后进行直接数值模拟（DNS），以显示自发产生的超谐波内波在上述两种情况下的模式相互作用，并定量验证的振幅演化方程预测的波场的初始空间演化。非谐振频率下的DNS用于识别自发超谐波产生发生的初级波频率（谐振频率附近）的范围。
2019-10-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Numerical Simulations of Internal Wave Generation by Convection in Water
水的密度最大值在4 ℃，使它非常适合研究内部重力波激发对流：一个不断增加的温度分布是不稳定的对流低于4 ℃，但稳定分层以上4 ℃。我们提出了数值模拟的水状流体在其密度最大值附近的二维域。我们成功地模拟阻尼波的模拟使用线性理论，只要我们不采取弱阻尼限制通常在文献中使用。为了隔离激发内波的物理机制，我们使用新的频谱代码Dedalus来运行我们更详细的模拟的几个简化模型模拟。我们使用的数据从完整的模拟源项在两个简化模型的内波激发对流：体激发对流雷诺应力，和界面强迫通过机械振荡器效应。我们发现在完整的模拟和简化的模拟实现散装激发机制所产生的波之间的协议。界面强迫模拟过度激发高频波，因为它们假设激发是通过羽流的“脉冲”穿透，将能量传播到高频。然而，我们发现真正的激发是平行于界面的羽流的“扫掠”运动。我们的研究结果意味着，散装激发机制是一个非常准确的启发式内波产生对流。
2015-06-17 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Thermal convection in rotating spherical shells: temperature-dependent internal heat generation using the example of triple-$α$ burning in neutron stars
我们提出了一个广泛的研究Boussinesq热对流，包括温度依赖的内部热源，基于数值三维模拟。温度依赖性模拟三重$α$核反应和流体几何形状是一个旋转的球壳。这些都是对流吸积中子星海洋研究的关键成分。定义了衡量核加热相关性的无量纲参数${\rm Ra}_n$。我们探讨了流动特性如何随着${\rm Ra}_n$的增加而变化，并给出了天体物理学的动机。对流的发生进行了研究，相对于这个参数和周期性，准周期性，混沌流与相干结构，充分湍流表现为${\rm Ra}_n$是不同的。几个政权的转变，并与以前的结果进行比较，差异加热对流。最后，我们探索（试探性地）我们的结果的潜在适用性的热核爆发在吸积中子星海洋的演化。
2018-12-14 astro-ph.HE astro-ph.SR nlin.PS
