Gravity-capillary flows over obstacles for the fifth-order forced Korteweg-de Vries equation
本文研究了浅水通道中两个地形障碍物共振激发的重力-毛细波。通过考虑弱非线性制度的强迫五阶Korteweg-de Vries方程出现作为一个模型的自由表面位移。水面最初采取静止和初始值问题,这个方程的数值计算使用伪谱方法。我们研究了具有中间毛细效应的近共振流动。波的相互作用的细节进行了分析,具有不同尺寸的障碍物。我们的数值结果表明,流动不一定是由较大的障碍。
2021-03-06 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Investigation of resonances in gravity-capillary wave turbulence
本文报道了在接近于表面重力波和毛细波交叉尺度上的水面波湍流中的非线性波耦合的实验结果。我们在频域和波矢域研究了三波相关。我们观察到,在弱非线性政权,占主导地位的非线性相互作用对应的波是共线或接近共线。虽然纯重力波的共振耦合应该包括4个波,但在毛细管交叉处,我们观察到一个重力波和两个毛细管波之间的非局域耦合。此外,非线性频谱扩展允许3-重力波耦合。这些观测结果提出了这些过程在海洋学背景下的相关性问题,特别是可能受到影响的重力波的频率范围。
2016-05-13 nlin.CD physics.flu-dyn
Dimple, jets and self-similarity in nonlinear capillary waves
在对凹腔破裂形成凹坑和射流的数值研究中,通常将凹腔的初始形状模拟为截断的球体,模拟破裂的气泡。在这项研究中,我们提出了一个极小模型只包含非线性惯性力和毛细力,它产生的凹痕和射流从崩溃,毛细波谷。槽发展从初始扰动,选择是一个本征模式的线性化problem.We解释的物理机制的酒窝形成,并证明,对于中等陡度,在模拟中看到的尖锐的酒窝是很好地捕捉弱非线性理论在这里开发。当陡度>> 1时,该区域是强非线性的,将表面能扩散到许多模式中,并且前体凹坑现在发展成急剧上升的射流。在这里,模拟揭示了一个新的局部窗口(在空间和时间),其中射流按照无粘凯勒和米克西斯(1983)的尺度自相似地演变。我们开发了一个类比,这个政权的第一种自相似的解决方案,线性化,毛细波。我们的第一原理研究表明,在足够小的尺度,酒窝和射流的形式,由于径向聚焦的毛细管波需要(非线性)惯性和毛细管的贡献,无粘性或重力干预。
2022-08-26 physics.flu-dyn
Capillary levelling of thin liquid films of power-law rheology
本研究针对受表面张力作用的非牛顿幂律流体薄液膜流平问题,分别推导了周期性和局域化初始条件下的相似特解,发现其在压力梯度为零处存在弱奇异性,并通过数值模拟验证了解的正确性。
2024-04-10 physics.flu-dyn
Turbulence of capillary waves forced by steep gravity waves
实验研究了在实验室机械产生的随机陡重力波作用下毛细波的动力学和统计特性。毛细波是由非线性波相互作用产生的重力波。使用的自由表面的时空测量,我们统计特征的随机制度的毛细波在空间和时间傅立叶空间。对于一个显着的波陡度($0.2-0.3$),幂律谱观察在空间和时间,定义的湍流制度的毛细波转移能量从大尺度到小尺度。空间谱的时间涨落分析表明,当毛细波列以类似于寄生毛细波产生机制的方式产生时,毛细幂律谱是由间歇性的强非线性事件在快速时间尺度上向小尺度传递能量的时间平均结果。波谱的频率和波数幂律指数与弱非线性波湍流理论的结果一致。然而,通过尺度的能量通量不是恒定的,与此通量的波浪谱标度是不符合湍流理论。这些结果表明,超越经典波动湍流理论的理论发展是必要的,以描述自然环境中的毛细波的动力学和统计。特别是,在存在大尺度粘性耗散和强非线性的情况下,可以重新考虑非局部和非共振相互作用的作用。
2018-04-17 physics.flu-dyn
Weakly Compressible Subcycling for Accelerating Simulations of Surface-Tension-Dominated Incompressible Two-Phase Flows
Institute of Science Tokyo, School of Engineering(东京科学大学工学院)
针对表面张力主导的不可压缩两相流模拟的毛细时间步长约束问题,提出带弱可压缩子循环的不可压缩求解器,将模拟速度提升8.6倍以上,验证了其在瑞利-普拉托不稳定性等问题中的有效性。
2026-08-25 physics.flu-dyn
Frequency selection in a gravitationally stretched capillary jet in the jetting regime
在重力作用下下落的毛细射流在下游变薄的同时不断伸展。我们在这里报告的外部周期性强迫这样一个空间变化的射流在喷射制度的影响。令人惊讶的是,产生最不稳定射流的最佳强迫频率被发现是高度依赖于强迫振幅。利用一维Eggers & Dupont(J. Fluid Mech.,Vol.262,1994,205-221)方程,我们通过非线性模拟和线性稳定性分析来研究这种情况。在局部框架的WKBJ形式主义,建立弱非平行流,无法捕捉非线性模拟结果定量。然而,在全球范围内,补充了一个简单的近似所需的响应规范诱导分手的预解式分析,正确地预测在一个给定的强迫振幅和由此产生的射流破碎长度的最佳强迫频率。预解式分析的结果与非线性模拟的结果吻合良好。
2019-08-10 physics.flu-dyn
A nonlinear Schrödinger equation for gravity-capillary water waves on arbitrary depth with constant vorticity: Part I
本文导出了常涡度垂直剪切流自由表面上二维重力-毛细波包络的非线性薛定谔方程。本文将\citet{thomas2012pof}的结果推广到重力-毛细波列,完成了有涡量时\citet{Djordjevic1977}的稳定性分析和稳定性图。研究了弱非线性重力-毛细波包调制不稳定性的涡量效应。结果表明,涡度对重力毛细波列的调制不稳定性(即增长率和不稳定带宽)有显着的影响。结果表明,受表面张力影响的重力短波调制不稳定性增长率表现为与纯重力波相似的特征:(i)在无限深,正涡度时增长率减小,负涡度时增长率增大;(ii)在有限深,正涡度时增长率减小,负涡度时增长率增大,最后减小。涡度和表面张力的联合作用使受表面张力影响的重力波的调制不稳定性增长率增大,即当涡度为负时。负涡度放大了毛细波调制不稳定性的增长率,正涡度衰减了毛细波调制不稳定性的增长率。稳定性图绘制,它表明,它们显着修改的涡量的引入。
2018-01-12 physics.flu-dyn
On the stability of large-amplitude gravity-capillary surface waves
School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews(圣安德鲁斯大学数学与统计学院);Department of Mathematical Sciences, University of Bath(巴斯大学数学科学系)
本文研究了小表面张力下有限振幅周期性重力-毛细波的稳定性,通过计算超谐波和亚谐波扰动的线性稳定性,发现表面张力下波解空间包含无限多个分支,且表面张力影响稳定性特性非单调变化。
2026-04-26 physics.flu-dyn
Experiments in Surface Gravity-Capillary Wave Turbulence
在过去的十年中,致力于波浪湍流的研究数量显著增加。许多涉及水波,因为海浪的建模在历史上推动了弱湍流理论的发展,该理论致力于弱非线性波相互作用的随机系综的动力学。实验的最新进展表明,这种理论图景过于理想化,无法捕捉到实验观察结果。虽然重力在海洋光谱中占主导地位,但由于波浪盆地的尺寸有限,实验室中观察到的波浪实际上是重力毛细波。这种更丰富的物理诱导许多交错的物理效应远远超出了理论框架,特别是在重力毛细管交叉附近。这些包括耗散、有限系统尺寸效应和有限非线性效应。同时空间和时间解决的技术,现在可用,开辟了更先进的分析这些影响的方式。
2021-07-07 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Experimental study of three-wave interactions among capillary-gravity surface waves
在传播波系统中,三波或四波共振相互作用构成了在不同尺度之间交换能量的经典非线性机制。在这里,我们调查三波相互作用的重力毛细表面波在一个封闭的实验室水槽。我们产生两个交叉波列,我们研究他们的相互作用。使用两种光学方法,一个本地的(激光多普勒测振仪)和一个时空的(漫射光摄影),第三波的振幅较小的检测,验证三波共振条件的频率和波数。此外,通过专注于固定制度,并考虑到粘性耗散,我们直接估计的增长率的谐振模式。后者是比较弱非线性三元共振相互作用理论的预测。所得到的结果定性地证实和扩展以前的实验结果只获得共线波列。最后,我们讨论了三波相互作用机制在最近的实验研究重力毛细管湍流的相关性。
2016-03-08 nlin.CD physics.class-ph physics.flu-dyn
Theoretical modeling of capillary surfer interactions on a vibrating fluid bath
本文通过将毛细冲浪体建模为振荡点源并推导界面变形解析解,建立了其流体动力相互作用理论,成功重现实验中的七种束缚态与群集行为,并揭示束缚态在毛细波长上的量子化稳定性结构。
2023-01-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confinement effects on gravity-capillary wave turbulence
大量的弱非线性波的统计特性可以在弱湍流理论的框架下描述。该理论是基于一个渐近大系统的假设。在实验中,系统具有有限的尺寸,并且理论的预测可能不适用,因为存在离散模式而不是连续的自由波。我们的研究集中在水的表面在尺度接近重力毛细交叉(1~cm)的波的情况下。波湍流具有特殊的性质,在这个制度,因为一维共振相互作用可以发生,如所示的Aubourg \& Mordant。在这里,我们调查的限制上的波动湍流的属性的影响,通过逐渐减少我们的波槽沿其轴的一个方向的大小,在其他方向的大小不变。我们使用时空分辨轮廓术来重建变形的水面。我们观察到一个原始的制度共存的弱波湍流沿长度的船只和离散湍流的限制方向。
2018-09-06 physics.flu-dyn
Plane-Symmetric Capillary Turbulence: Five-Wave Interactions
本文通过完全非线性模拟研究了平面对称毛细湍流,发现在低阶共振缺失的退化几何下,系统通过五波共振相互作用实现能量级联,结果与弱湍流理论及实验吻合。
2025-04-07 physics.flu-dyn
Wavemaker and endogeneity of gravitationally stretched weakly viscoelastic jets
University Carlos III(卡洛斯三世大学)
本文提出一个统一的一维模型,研究重力拉伸黏弹性喷射的稳定性,分析弹性应力反馈对临界喷射-滴落边界的影响,揭示黏弹性对临界Weber数和振荡频率的调控作用。
2026-02-16 physics.flu-dyn
Finite-system size effects in gravity-capillary wave turbulence
Université Paris Cité, CNRS, MSC Laboratory, UMR 7057(巴黎西岱大学,法国国家科学研究中心,MSC实验室)
研究通过实验探讨有限系统尺寸对重力-毛细波湍流的影响,发现通过调节波陡峭度或限制条件可改变波谱特性,并观察到从离散到连续波湍流的平滑过渡。
2026-01-14 nlin.CD physics.ao-ph physics.class-ph
A weakly nonlinear wave equation for damped acoustic waves with thermodynamic non-equilibrium effects
传播的非线性声波的问题被认为是解决方案,其中,无论是有阻尼和无阻尼,已获得迄今为止从Navier-Stokes-Duhem方程连同连续性和热传导方程。这里报道的新方法采用的是一种不连续拉格朗日方法,即从Hamilton原理中得到的一般粘性流的不连续拉格朗日方法。结果表明,系综平均的运动方程产生的欧拉-拉格朗日方程,无旋流动的假设下,导致一个弱非线性波方程的速度势:实际上是一个概括的库兹涅佐夫的众所周知的方程,由于热力学非平衡效应的额外条款。
2021-09-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Identification of weakly- to strongly-turbulent three-wave processes in a micro-scale system
本研究利用超高速数字全息显微镜在40 μL毫流体系统中识别了毛细波湍流的四个基本状态,提出非线性度量进行比较分析,并揭示了强非线性波湍流在低于雾化功率时出现,对超声雾化等领域有重要启示。
2023-02-03 physics.flu-dyn
Numerical simulation of the wave turbulence on the surface of a ferrofluid in a horizontal magnetic field
在一维弱非线性模型的框架下,研究了水平磁场中高磁导率磁流体表面毛细波的湍流。在强磁场的限制下,所研究的表面波可以沿着或逆着外场的方向无畸变地传播,即,类似于理想导电流体中的阿尔文波。反向传播的非线性波的相互作用导致液体表面上的波湍流的发展。计算结果表明,湍流谱分为两部分:低频无弥散区和高频弥散区,低频无弥散区主要受磁力的影响,高频弥散区毛细力的影响显著。在第一个区域,地面高程谱在$k$和$ω$域具有相同的指数,其值接近于$-3.5$,这与弱湍流谱的量纲分析结果吻合较好。在高频处,计算的表面波的空间谱接近于$k^{-5/2}$,其在频率上对应于$ω^{-5/3}$。该谱与纯毛细波的Zakharov-Filonenko谱不一致。对这一事实的一个可能的解释是相干结构(如冲击波)的影响,通常出现在弱色散的介质中。
2020-02-20 physics.flu-dyn
Numerical simulation of surface waves instability on a discrete grid
对深部流体表面弱非线性波的不稳定性进行了全尺度数值模拟。我们表明,不稳定的发展导致混沌化和波湍流的形成。我们研究了传播波和驻波的不稳定性。我们分别研究了三波相互作用引起的纯毛细波不稳定和四波相互作用引起的纯重力波不稳定。所有情况下的不稳定性的理论描述都包括在文章中。详细描述了作者在这些和许多其他以前的模拟中使用的数值算法。
2015-10-24 nlin.PS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interfacial roughening in non-ideal fluids: Dynamic scaling in the weak- and strong-damping regime
界面粗糙化是指初始平坦界面达到其平衡态的非平衡过程,其特征在于热激发毛细波的存在。流体界面的粗糙化首先由Flekkoy和Rothman [Phys. Rev. Lett. 75,260(1995)],其中在二维弱阻尼情况下的动态标度指数被发现符合Kardar-Parisi-Zhang普适类。我们扩展这项工作,同时考虑到强阻尼制度,并进行广泛的波动流体力学模拟在两个维度上使用格子玻尔兹曼方法。我们发现,在弱阻尼和强阻尼的情况下,动力学标度行为是不同的。
2013-02-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Exploratory Study of Chaotic Behavior in Walking Droplets
Duke University(杜克大学)
研究行走液滴在超临界法拉第波中的混沌行为,通过实验验证其轨迹特征及毛细作用影响。
2025-11-30 physics.flu-dyn