Pressure beneath a periodic travelling water-wave in constant-vorticity flow over a flat bed
University of Vienna（维也纳大学）；Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics (RICAM)（约翰·拉登计算与应用数学研究所）
在线性理论框架下，研究了恒定涡度流中平坦底床上的规则波列的总压力（水动力压力）和动压力行为，发现非零涡度会显著改变动压力极值的位置，且涡度虽不改变水动力压力随深度增加的趋势，但会改变固定深度处水动力压力极值的位置。
2026-07-23 math.AP physics.flu-dyn
Formation and displacement of bubbles in a packed bed
流体动力学视频显示了注入浸没在水中的填充床中的气体流，并且流体动力学视频呈现了所涉及的动力学。水和填充床的折射率非常相似，可以看到球形颗粒的边缘。可以观察到两种不同的方案。第一种是低空气流速时，其特征是空气通过颗粒间的间隙空间渗流。第二种情况是，对于高空气流速，其特征在于空气在填充床内积聚而没有渗滤，可以观察到气泡将颗粒拉开。此外，对于第一种情况，颗粒的位置保持恒定，而对于第二种情况，颗粒的循环由气泡流引起。
2010-10-18 physics.flu-dyn
Pattern transition of flow dynamics in a highly water-absorbent granular bed
本研究通过向准二维高吸水凝胶颗粒床注入氯化钠溶液，揭示了盐度、注入速率及时间尺度调控下的流动模式转变机制，发现堵塞模式的振荡压降特性，为地下流体运移等地质场景研究提供参考。
2024-01-29 cond-mat.soft nlin.AO nlin.PS
Shape and dynamics of seepage erosion in a horizontal granular bed
我们调查侵蚀模式观察到的水平颗粒床的水渗流的动机，在较大尺度的地形观察的海滩细沟和渠道的增长。我们的实验装置包括一个宽的矩形盒，里面装满了玻璃珠，在其中一个侧壁上有一个狭窄的开口，侵蚀的颗粒可以从中退出。的图案和侵蚀动力学的形状上的定量数据获得与激光辅助地形技术。我们发现，地下水源的空间分布可以显着影响所观察到的模式的形状。一个细长的通道被观察到增长上游时，地下水注入在边界附近的水库保持在恒定的高度。当均匀的降雨渗入颗粒床以维持地下水位时，观察到一个圆形（半圆形）形状。分叉被观察到的渠道增长响应地下水。我们进一步发现，渠道增长离散雪崩的颗粒床的高度增加以上的毛细上升，导致较深的渠道有粗糙的前线。当床层部分饱和导致颗粒之间的凝聚时，雪崩的时空分布随床层高度增加。然而，观察到的通道的整体形状保持不受影响，这表明渗流侵蚀是强大的侵蚀锋的扰动。
2012-10-16 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Fermi-Pasta-Ulam recurrence and related phenomena for 1D shallow-water waves in a finite basin
在这项工作中，不同的制度的费米-Pasta-Ulam（FPU）复发完全非线性的“一维”潜在的水波在两个垂直壁之间的有限深度水槽数值模拟。在这样的系统中，FPU复发是密切相关的相干结构的动力学近似对应的可积Boussinesq系统的孤子。一个最简单的周期解的Boussinesq模型，描述一个单一的孤立子之间的墙壁，提出了一个分析形式的椭圆雅可比函数。在数值实验中，我们观察到，根据水槽中孤子的数量和它们的参数，FPU复发可以以简单或复杂的方式发生，或者几乎不存在。作为比较，模拟了非均匀床面上的位水波的非线性动力学，初始状态采取几对碰撞孤子的形式。对于缓坡床剖面，在演化过程中的典型现象是出现相对较高的（流氓）波，而对于随机的、相对较短的相关床剖面，则出现高波，或在中等高度波处形成尖峰。
2011-04-05 physics.flu-dyn
A parametric tensor ROM for the shallow water dam break problem
本文提出了一种参数化的张量ROM方法，用于解决浅水坝破问题，通过低秩张量分解和切比雪夫采样有效捕捉参数依赖行为，显著优于传统POD-ROMs。
2025-12-10 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of Flow Interactions Between a Turbulent Free-Stream and a Permeable Bed
包括覆盖可渗透床的湍流通道流的系统可以在各种工业和自然应用（例如，城市规划、水力压裂、水下植被）中找到。这一系统的一个重要实现是在河流底部，河流的地表水渗透沉积的沉积物，并与地下水交换其内容。获得这一过程的完整图像，称为潜流交换，对于理解和维护水质和河流生态非常重要。考虑到广泛的长度尺度（毫米到公里）和相应的时间尺度的兴趣，降阶的数值模型（如随机粒子跟踪，对流扩散方程）经常被用来研究在这个系统中的质量和动量的传输。然而，与表面/次表面混合相关联的许多尺度使得湍流标量输运的高保真度模型的发展成为一个艰巨的挑战。在努力捕捉在孔隙尺度上的传输行为，这项工作的重点是发展一个详细的，三维流动模型的大涡模拟（LES）的湍流在可渗透床。对计算网格、区域尺寸和湍流模型进行了严格的评估。同时，双平均方法被用来研究大规模的，持续的流动行为存在的时空异质性。据发现，最大的湍流尺度的准确分辨率是必要的，以开发一个完整的界面传输的图片，这些大的结构，感觉更深的床内。此外，还详细介绍了粒子跟踪软件模块的开发。该模块为从LES中提取拉格朗日色散信息提供了基础，这些信息最终将用于物理通知降阶模型。
2017-07-29 physics.flu-dyn
Impact of sloping porous seabed on the efficiency of an OWC against oblique waves
研究了倾斜多孔床对振荡水柱（OWC）装置面对倾斜水波效率的影响。靠近刚性壁的垂直、表面穿透的薄板近似于OWC。采用多域边界元法，假设线性势理论，对系统进行了模拟。分析了斜床结构参数的变化以及入射波角度对斜床性能的影响。该模型作为保护近岸海洋设施的防波堤的意义也被强调。OWC效率被发现是高度敏感的多孔海底的斜率，和海底孔隙度被发现稳定的谐振频率对水位的变化。OWCs被发现是更有效的多孔海床具有更高的摩擦系数。结果表明，最佳值的参数管理这样的波能转换系统，可用于模型的设计和实施。
2020-10-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Synthetic Seismograms from Particle Bed Interactions and Turbulent River Flow: Modeling and Comparison with Observations
University of Florence（佛罗伦萨大学）
本文提出基于物理的数值模型，研究水流中沉积物流动产生的地震辐射，通过颗粒轨迹模拟和湍流效应，对比观测数据揭示沉积物输运机制的频谱特征。
2026-04-20 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Quasi-two-layer morphodynamic model for bedload-dominated problems: bed slope-induced morphological diffusion
我们推导出一个两层深度平均模型的泥沙输运和形态演变的推移质为主的问题。近床输运区由下层（推移质）表示，下层具有任意恒定的、消失的厚度（约为沉积物颗粒直径的10倍），其平均沉积物浓度自由变化。允许沉积物进入上层，因此也可以模拟总负荷，前提是悬浮沉积物的浓度保持较低。该模型符合已建立的推移质理论，并与Lee等人（1993）的输沙率经验公式和迁移矿坑的地貌动力学实验进行了比较，结果令人满意。调查的影响，当地的床坡度推移质导致推导出一个分析，物理上有意义的表达式，由非零的当地床坡度引起的形态扩散。将拟议的形态扩散纳入传统的形态动力学模型（定义为浅水方程，Exner方程和推移质经验公式之间的耦合），提高了模型预测时，适用于一个采矿坑的演变，而不需要诉诸特殊的数值处理的方程或使用额外的调整参数。
2018-02-08 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Experimental and numerical investigation of the hydrodynamic characteristics of Autonomous Underwater Vehicles over sea-beds with complex topography
自主水下航行器（AUV）的改进设计由于其在学术和工业应用中的实用性而变得越来越重要。然而，大多数此类测试和设计是在可能不能反映浅水AUV的操作环境的条件下进行的。这可能导致对AUV性能的不精确估计和次优设计。本文介绍了实验和数值研究相结合，调查在不同的雷诺数AUV船体的水动力特性在倾斜的通道床。我们进行了实验，以测量周围的AUV的速度场和湍流统计与量化的不确定性。这些进行了对比，对相应的平床实验，以衡量AUV性能的测试床地形的影响。实验数据被用来验证雷诺应力模型的预测。通过响应面法（RSM）计算，预测了AUV在不同试验台坡度、攻角和漂移角下的阻力、压力和表面摩擦系数等水动力参数，分析了AUV的水动力性能。本文的研究结果为水下机器人在陆坡、河口等浅水环境中的设计改进提供了参考。
2019-04-28 physics.flu-dyn
Linear and nonlinear instabilities of a granular bed: determination of the scales of ripples and dunes in rivers
颗粒状介质在自然界和工业中经常被发现，它们通过流体流动的输送对于人类活动非常重要。一个特别令人感兴趣的例子是在明渠和河流中的泥沙输运。在许多情况下，由流体流动施加的剪切应力被限制在一定的限度内，并且一些颗粒被夹带为床载：与颗粒床的固定部分保持接触的移动层。在这些条件下，最初平坦的颗粒床可能不稳定，产生涟漪和沙丘，如在河床上观察到的。在自由表面水流中，沙丘是随水深变化的底形，而波纹不随水深变化，本文提出了波纹和沙丘的形成模型，该模型基于波纹是主要的线性不稳定性，沙丘是波纹聚合与自由表面效应竞争形成的次级不稳定性的命题。虽然很简单，但该模型能够解释涟漪的生长，饱和度（在以前的模型中没有解释）以及从涟漪到沙丘的演变，为沙丘的形成提供了一个完整的画面。
2016-08-22 physics.flu-dyn
On properties of vertical velocity for 2-D steady water waves
本文主要研究二维定常水波在平板上的垂向速度v的性质。首先证明了每个流线的拐点的存在性，然后发现v在每个流线上的行为严格依赖于流线的曲率和凸性，从而完善了Stokes波中v的Constantin猜想.最大垂向流速的位置也被证明是在拐点处。此外，我们还将所得结果推广到了单调涡度的情形。
2019-10-20 math-ph math.AP math.MP
Particle trajectories beneath small amplitude shallow water waves in constant vorticity flows
本文研究了浅水中常涡度平板绕流中，周期波在自由水面上传播时的质点运动轨迹。在小振幅波的框架内，我们找到了描述粒子运动的非线性微分方程组的解，并描述了可能的粒子轨迹。根据初始数据和常涡量之间的关系，一些粒子轨迹是向右或向左的起伏曲线，另一些粒子轨迹是向前漂移或向后漂移的环，另一些粒子轨迹可以遵循一些特殊的形状。
2011-06-20 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Pore-resolved investigation of turbulent open channel flow over a randomly packed permeable sediment bed
本文通过孔隙解析DNS研究不同渗透率雷诺数下湍流明渠流与随机堆积可渗透沉积物床的相互作用，揭示了床面应力统计特征及其对潜流带输运建模的意义。
2023-08-15 physics.flu-dyn
Sheared free-surface flow over three-dimensional obstructions of finite amplitude
当浅水流过不均匀的水深时，水面被调制。这种类型的问题已经被重新审视了无数次，因为它是第一次研究的开尔文勋爵在1886年。我们的研究分析检查电流的未扰动的速度剖面$U(z)$遵循幂律$z^q$，流过一个三维不均匀的床。这种特殊形式的$U$，它可以模拟各种各样的现实流动，允许显式的分析解决方案。通过傅立叶定理可以容易地施加任意的床形状，只要它们的陡度适中。当水流与正弦波形床面成斜角时，三维涡量-水深相互作用效应是明显的。流线被发现扭曲和流体粒子漂移被重定向远离未扰动电流的方向。此外，扰动技术的开发，满足底部边界条件，以任意顺序也为大振幅的障碍物，以及穿透到当前的配置文件。这引入了测深幅度的高阶谐波。第一和更高阶谐波的谐振状态很容易计算。虽然该方法在理论上仅限于中等倾角的水深测量，但该方法可以令人满意地代表各种更陡的障碍物，甚至引发再循环的发生。所有的表达式都是解析明确的和连续的快速傅立叶变换，确保快速和容易的计算任意三维水深。在适当的辐射条件下，采用分离近场和远场的方法保证计算收敛。
2019-09-12 physics.flu-dyn
On the contribution of the horizontal sea-bed displacements into the tsunami generation process
海啸产生的主要原因是海底地震引起的海底变形。通常，在没有滑坡的情况下，只考虑垂直的底部运动，而忽略水平的同震位移。在本研究中，我们提出了一种方法的基础上，著名的冈田解决方案，以重建更详细的底部同震位移的所有组件。然后，海床运动耦合到一个三维弱非线性水波求解器，使我们能够模拟海啸波的产生。我们特别注意的动能和势能的演变所产生的波的水平位移的波能量平衡的贡献也被量化。这种水平位移对海啸产生的贡献以前没有讨论过，它不同于现有的方法。在这项研究中提出的方法说明了2006年7月17日爪哇海啸和一些最近的事件。
2012-07-12 physics.ao-ph physics.class-ph physics.comp-ph
On the vorticity threshold for steady water waves
Lund University（隆德大学）；University of Bath（巴斯大学）
本文针对定常水波，证明了高于明确阈值的恒定反向涡量下第一个停滞点必在波峰正下方床面，还建立强反向涡量单向波的相关不等式与新振幅上界。
2026-08-18 math.AP physics.flu-dyn
A unified breaking onset criterion for surface gravity water waves in arbitrary depth
我们研究了Barthelemy等人（2018）破碎波起始预测框架在任意水深（包括不同水深的浅水破碎）中的有效性和稳健性。我们表明，Barthelemy等人（2018）的破碎起始标准，他们在深水和中等水深进行了验证，也将浅水中的破碎波峰与非破碎波峰分离开来，随后的破碎总是遵循他们提出的通用破碎阈值。我们考虑了一些有代表性的波类型，包括规则，不规则，孤立波，和聚焦波，浅滩在理想化的床地形，包括一个理想化的酒吧几何形状和一个温和的steeworn倾斜的平面海滩。结果表明，新的破碎起始判据能够在任意水深的时间和空间上检测单个和多个破碎事件。此外，我们表明，新的通用标准提供了改进的技能信号即将打破发病，相对于现有的运动学或几何破发病标准在文献中。特别是，新的标准是适用于波解析模型，不能内在地检测波破碎的发病。
2019-11-15 physics.flu-dyn
A ghost-cell immersed boundary method for the shallow water equations on Cartesian grids: mass conservation and wetting and drying over variable topography
本文提出一种笛卡尔网格上浅水方程的虚拟单元浸入边界法，通过双线性插值虚拟值、重归一化权重及切割单元形式连续性方程实现质量守恒，可处理可变地形干湿过程，精度相当且避免全切割单元法的复杂动量方程处理。
2026-10-14 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Free surface flows using inverse smoothed particle hydrodynamics
自由表面流动问题包括溃坝流动中的混合过程和波浪破碎现象，其特征是自由表面的大变形。因此，它们不能很容易地通过基于分析和数值网格的模型进行研究。本文测试了一种称为非平滑粒子流体动力学（SPH-i）求解器的新方法，以研究它在二维湿床溃坝水流中捕捉波浪破碎和水体混合的能力。与实验结果相比，该模型捕捉破碎和混合过程相对较好。因此，可以推断，所提出的模型的能力，以预测的发展和演变的破碎波，以及在水-水界面的溃坝混合过程中的界面已被证明。
2018-10-19 physics.flu-dyn
Pedal underwater motion triggers highly-peaked resonance on water waves
通过床轨道运动产生表面重力波的踏板造波机已被证明可以产生模拟深水波行为但在有限深度通道中的颗粒漂移模式。在这篇文章中，我们报告，重力波在一般的粘性流体可以共振，通过行动的踏板造波机。我们分析了波浪在无限大的渠道中的线性响应的位移振幅，频率和波长的底部行动。我们表明，该系统的行为作为一个长通滤波器在空间和高通滤波器的时间与尖锐的共振粘度的影响。此外，我们提出了一个协议，设计深重力波与按需波长在有限深度的水通道。我们的理论框架同意使用光滑粒子流体动力学的数值模拟。因此，我们的研究结果量化的踏板造波机的性能，并提供必要的公式为工业和计算应用的踏板造波技术，在水力学和沿海工程问题都很有用。
2022-09-01 physics.flu-dyn
Velocity fields and particle trajectories for bed load over subaqueous barchan dunes
本文介绍了一个实验研究的移动颗粒在水下新月形沙丘，由球形玻璃珠的已知粒度。在每次测试运行之前，将预定量的谷物倒入封闭管道内，并且谷物沉降在其底壁上形成一个圆锥形堆。当不同的湍流被施加时，每一堆都演变成一个新月形沙丘，这是用高速摄像机拍摄的。编写图像处理代码以识别一些移动颗粒并计算它们的速度场和轨迹。我们的研究结果表明，颗粒的速度沿新月形沙丘变化，与较高的速度发生在沙丘的质心附近，颗粒的轨迹是间歇性的。根据沙丘上的区域，我们发现，速度场呈现的值在流体横截面平均速度的1%和10%之内。考虑到在给定沙丘上移动的颗粒的平均轨迹，它们的平均位移在30和60个颗粒直径内变化，并且它们的特征速度在流体的横截面平均速度的10%和20%内变化。推移时间在沉降时间的30%~ 90%之间变化，有两种渐近行为：一种接近于推移质起动，另一种远离于推移质起动。当与平床推移质相比时，我们观察到颗粒具有相同的平均速度，但它们的运动距离大5倍，运动颗粒的密度更高。
2019-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Blue Holes and Froude Horizons: Circular Shallow Water Profiles for Astrophysical Analogs
浅水动力学和天体物理现象之间有趣的类比从理论和实验的角度提供了有价值的见解。为了帮助组织这些努力，在这里，我们系统地分析了二维径向对称浅水方程的回水剖面的水动力特性。与更熟悉的水力学典型一维情况相反，即使在等熵条件下，也会出现具有最小半径视界的流动解，类似于黑洞和白洞视界，其中么正弗劳德数的临界条件为表面波提供了单向屏障。除了这些时间可逆的解决方案，出现了更多的情况下，当允许耗散的湍流摩擦和冲击波（即，水跃）。基流案例的分类结果可以作为一个起点，用于更系统地分析高阶效应，例如，波的传播和不稳定性，毛细作用，可变的床坡度，和旋转。
2021-01-16 gr-qc physics.flu-dyn
Quasi-two-layer finite-volume scheme for modeling shallow water flows with the presence of external forces
Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院太空研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology (State University)（莫斯科物理技术学院（国立大学））；Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）
提出一种准两层有限体积法，通过将流动分为两层并引入虚构底层来改进浅水方程在阶梯边界上的近似，从而处理外力作用下的浅水流问题。
2011-08-19 cs.NA math-ph math.MP
The perturbation of a turbulent boundary layer by a two-dimensional hill
在自然界和工业中，经常可以发现有山丘存在的平壁面上的紊流边界层。一些例子是空气流过山丘和沙丘，还有水流过封闭管道内的水生沙丘。山丘对二维边界层的扰动在问题中引入了新的尺度，改变了速度和应力沿流动分布的方式。当存在泥沙输移时，沿山体的应力分布与床面不稳定性密切相关。本文介绍了二维山丘对充分发展的湍流边界层扰动的实验研究。水流被施加在固定在封闭管道的底壁上的山丘上，并且流场通过粒子图像测速仪（Particle Image Velocimetry）测量。从流量测量，平均和波动场计算。速度和应力的一般行为进行了比较，发表的渐近分析和表面剪应力分析的颗粒床的不稳定性。
2017-06-08 physics.flu-dyn
Exact linearisation of the nonlinear shallow-water equations over a moving bottom: classification, wave generation and run-up
Seoul National University（首尔大学）
本文推广 Carrier--Greenspan 变换至移动底床，识别出保持不变量的底床运动族，给出波浪生成与爬高的闭式解，并通过实验验证预测。
2026-09-23 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Modeling of Breaching Due to Overtopping Flow and Waves Based on Coupled Flow and Sediment Transport
漫顶水流和波浪对土坝或砂坝/沙丘的破坏是一个复杂的过程，具有强烈的非定常水流、高输沙率和快速的河床变化，其中水流和地貌之间的相互作用不容忽视。本研究提出一个深度平均二维水流泥沙耦合模式，探讨有无波浪作用下的水流及溃决过程。在水流连续性方程和动量方程中考虑了河床变化和变流密度对泥沙输移的影响。该模型采用非平衡全量输沙法，并设定不同的休止角来处理非粘性路堤边坡崩塌问题。方程求解采用显式有限体积法在矩形网格上与改进的Godunov型中心迎风格式和非负重建的水深方法来处理附近的混合流决口。通过对两组试验数据的检验，表明该模型能较好地模拟水流特性、床面变化和泥沙输移。然后，它被应用于分析流量和形态的变化，越浪流和无波。若考虑波浪，模拟的河床变化和溃口断面形状有显著差异。无波水流冲刷主要发生在缺口处，初期以垂直冲刷为主，其次为侧向冲刷。在波浪中，水流越过沙丘的整个长度，导致整个长度上的侵蚀更快。初期侵蚀主要发生在上层，随着沙丘高度的降低和流量的增加，侵蚀逐渐加速，这表明波浪模拟结果还需要进一步的物理实验验证。
2015-08-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Mechanical balance laws for fully nonlinear and weakly dispersive water waves
Serre-Green-Naghdi系统是一个耦合的、完全非线性的色散演化方程系统，它近似于完整的水波问题。该系统是一个众所周知的浅水系统的情况下，波是长的，但没有那么长，分散的影响可以忽略不计的延伸。在目前的工作中，重点是推导质量，动量和能量密度和通量与Serre-Green-Naghdi系统。这些量来自于与演化方程具有相同渐近阶的平衡方程。在均匀床的情况下，Serre-Green-Naghdi系统的解正好满足守恒方程。可变水深的情况更加复杂，质量和动量守恒精确满足，能量守恒仅在全局意义上满足。在所有情况下，这里找到的量正确地减少到相应的对应物在Boussinesq和浅水标度。本分析的一个结果是，出现在浅水理论的波浪形孔的能量损失是完全补偿的出现后，孔前的振荡。这种情况进行了数值分析的Serre-Green-Naghdi方程的近似解决方案，使用有限元离散耦合自适应龙格库塔时间积分方案，它被发现，能量确实保存近机器精度。作为第二个应用，孤立波的浅滩上的平面海滩进行了分析。看来，Serre-Green-Naghdi方程是能够预测的自由表面的形状和动能和势能的演变具有良好的精度在浅水的早期阶段。
2015-08-20 math-ph math.AP math.MP
Two-Dimensional Locally Adaptive Non-Hydrostatic Extension of Shallow Water Equations
Universität Hamburg（汉堡大学）
提出一种基于预测-校正格式的局部自适应非静水校正模型，用于模拟浅水波色散，通过仅在非静水效应显著区域应用校正，在类海啸场景中减少约40%计算量而不损失精度。
2026-06-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
