Wall-damped Faraday waves in horizontally oscillating two-layer fluid flows
本文实验研究水平振荡双层流体端壁附近法拉第波的起始机制，发现其由毛细力与粘性力平衡调控，阻尼由壁面斯托克斯层厚度决定，并用弱阻尼马蒂厄方程给出临界加速度标度律，与实验高度吻合。
2024-10-18 physics.flu-dyn
Effect of rotation on turbulent mixing driven by the Faraday instability
采用直接数值模拟方法研究了旋转对由Faraday不稳定性引起的两种小密度可混溶流体的湍流混合的影响。我们证明，在较低的强迫振幅，t.k.e.随着f的增加而增加，直到（f/ω \right）^2<0.25，其中ω是次谐波不稳定阶段的强迫频率。t.k.e.的增加。增加B_V，这增加了总势能（TPE）。TPE的一部分是APE。APE的一部分可以通过B_V转化为$t.k.e.$，而其余部分转化为内能，通过BPE_i增加BPE。剩余的TPE也通过透膜通量β_d转化为BPE，导致不可逆混合。随着不稳定性的饱和，不可逆混合停止。当（f/ω \right）^2> 0.25时，科里奥利力显著地延迟了亚谐不稳定性的开始。在此期间，初始浓度分布扩散以增加TPE，其最终在BPE中消耗。强转动效应抑制了t.k.e.。因此，B_V和APE变小，并且TPE的大部分扩展为BPE。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，因此$B_V$保持非零，导致TPE持续增加。TPE通过$ϕ_d$向BPE的转化继续进行，并且我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的稳定作用可以忽略不计，湍流强度较低，持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束。然而，当使用$\left(f/ω\right)^2>0.25$时，观察到连续混合…
2022-10-18 physics.flu-dyn
Faraday instability and subthreshold Faraday waves: surface waves emitted by walkers
步行者是一种流体实体，包括与其在振动浴的表面处产生的波耦合的弹跳液滴。由于这种耦合，步行者表现出一系列以前被认为是量子领域独有的波粒特征。本文导出了垂直振动液面受撞击产生的法拉第表面波模型。然后，我们特别这个理论框架的情况下，迫使略低于法拉第不稳定性阈值。除其他外，该理论产生的波动幅度的影响，以及粘性阻尼的特征时间尺度和长度尺度的依赖性的理由。通过振动熔池中的珠粒撞击实验验证了理论的正确性。最后，我们讨论了这些结果的影响，步行者和量子粒子之间的类比。
2017-11-18 physics.flu-dyn
Droplet-triggered Faraday waves in a vertically forced bath
本研究通过数值模拟揭示液滴反复撞击可在线性稳定浴槽中触发增长的法拉第波，识别出次谐波响应机制，并指出有限振幅扰动可低于线性阈值激发该动力学。
2026-10-06 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent mixing driven by the Faraday instability in rotating miscible fluids
采用直接数值模拟（DNS）方法研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度混溶流体湍流混合的影响。通过不可逆混合速率$\mathcal{M}$，我们量化了描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）转化的不可逆混合。我们表明，在较低的强迫振幅，湍流动能（$t.k.e.$）增加的科里奥利频率$f$的增加，直到$\left(f/ω\right)^2<0.25$，其中$ω$是强迫频率，在分谐波不稳定相。这种$t.k.e.$的增强归因于更不稳定模式的激发。由于亚谐不稳定相的延长，不可逆混合随着$\left(f/ω\right)^2$的增加而持续一段延长的时间，直到$0.25$，并最终随着不稳定饱和而停止。当$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$时，科里奥利力显著延迟了次谐波不稳定性的开始。强旋转效应导致较低的湍流，因为APE的大部分扩展为BPE，减少了APE，其转化回用于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的$t.k.e.$储层。由于$\left(f/ω\right)^2 > 0.25$的不稳定性从未饱和，APE通过$\mathcal{M}$向BPE的转化仍在继续，我们发现了延长的不可逆混合。在较高的强迫振幅下，旋转的不稳定延迟效应可以忽略不计，湍流强度较小且持续时间较短。因此，对于$\left(f/ω\right)^2<0.25$，不可逆混合现象也很快结束…
2023-03-07 physics.flu-dyn
Localized Faraday patterns under heterogeneous parametric excitation
法拉第波是一个经典的例子，在一个系统中，一个扩展的模式出现在空间均匀的迫使。受系统中的均匀激发是不合理的，我们研究了实验和理论上的法拉第波的非均匀强迫的效果。我们的实验表明，限制在有限区域的振动导致形成本地化的次谐波图案和改变的发病不稳定性。用于理论计算的原型模型是参数驱动和阻尼的非线性薛定谔方程，这是已知的描述法拉第不稳定性制度。对于高斯空间分布的能量注入，我们表明，波图案的包络的演变可以减少到一个韦伯方程的本征值问题。我们的理论结果提供了很好的预测，我们的实验观察提供的衰减长度尺度的高斯分布是远远大于图案波长。
2019-03-14 nlin.PS physics.flu-dyn
The spatial structure of electrostatically forced Faraday waves
从实验和理论两方面研究了空间均匀界面法向时周期电场激发下介质与导电液体界面的不稳定性。特别注意的是激发法拉第波的空间结构。的不稳定性的主导模式提取使用高速成像结合在液-液界面处的光折射评估的算法。研究了液体粘度对失稳临界电压和主波长的影响。总体而言，良好的协议与理论预测的基础上，在无限域中的粘性流体被证明。取决于域边界的相对影响，图案表现出对应于表面谐波或边界独立图案的离散模式。实验和理论之间的协议证实，静电强迫法拉第不稳定性是足够好的理解，这可能铺平了道路，以控制静电驱动的不稳定性。最后但并非最不重要的是，与经典法拉第不稳定性的类比可能使新的方法能够研究迄今为止只观察到的机械强迫效应。
2021-10-29 physics.flu-dyn
Three-dimensional fluid motion in Faraday waves: creation of vorticity and generation of two-dimensional turbulence
我们研究了法拉第波中二维湍流的产生，通过研究该系统中空间周期性涡旋的产生。耦合漫射光成像技术和粒子跟踪算法的测量允许同时观察三维流体运动和波场地形的时间变化。准驻波被发现与空间扩展的流体输运共存。更具体地说，破坏的规则模式的粒子与出现一个复杂的流体运动，其统计数据是类似的二维湍流。我们发现，格子的dronons产生涡在dronon尺度的水平流。这些涡流的相互作用解释了二维湍流如何被几乎驻波所推动。值得注意的是，拉格朗日轨迹的曲率揭示了充分发展的湍流中强迫尺度涡的“足迹”。二维Navier-Stokes湍流应被视为法拉第波中的无序源。这些发现也提供了一个新的模式，在二维流动中的涡量创建。
2014-03-31 physics.flu-dyn
Mixing induced by Faraday surface waves
CEA（法国原子能及替代能源委员会）
研究通过法拉第表面波诱导混合，发现混合速率呈现非单调变化，揭示了能量输入与障碍减少之间的平衡。
2026-07-27 physics.flu-dyn
Waveguides for walking droplets
当轻轻地将液滴放置在垂直振动的浴槽上时，液滴可以反弹而不会聚结。在增加强制加速度时，液滴被其产生的波推动，并成为具有明确定义的速度的步行者。我们调查的限制步行者在不同的矩形腔，作为连续液滴反弹发射的法拉第波的波导。通过研究步行速度，我们发现，一维限制是最佳的宽度为$D \simeq 1.5 λ_F $的窄通道。我们还提出了一个类比波导模型的基础上观察的法拉第不稳定性的通道内。
2016-06-27 physics.flu-dyn
An Experimental Framework to Study Turbulence Induced Particle Mobilization
该研究开发了一个实验框架，通过振荡翼型产生可控湍流扰动，研究大而重颗粒在湍流载相中的迁移起始，发现颗粒迁移与载相大尺度流动结构相关。
2025-08-25 physics.flu-dyn
Faraday instability on a sphere: numerical simulation
我们考虑法拉第问题的球形变体，其中球形液滴受到时间周期性的体力，以及表面张力。我们使用一个完整的三维并行前端跟踪代码来计算参数强迫振荡粘性液滴的界面运动，以及液滴内部和外部的速度场。选择强制频率，以便激发范围从1到6的球谐波数。我们激发波数为1和2的重力波，分别观察到平移和扁长振荡。对于波数3至6，我们激发毛细波，并观察到类似于柏拉图固体的图案。对于低粘度，分谐波和谐波响应都是可获得的。在每种情况下出现的图案解释的上下文中的斑图形成与球对称的理论。
2019-05-11 nlin.PS physics.flu-dyn
Numerical simulation of a two-frequency-driven superlattice Faraday-wave pattern
Imperial College London（帝国理工学院）；Universidad de Santiago de Chile（智利圣地亚哥大学）；Abdullah Al Salem University（阿卜杜拉·萨勒姆大学）；Hongik University（弘益大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
本文采用直接数值模拟（DNS）方法，研究双频驱动法拉第波的SSS-I超晶格图案形成，发现两条不同初始条件的路径最终均收敛至该鲁棒图案，且其失稳后会演变为动态版本。
2026-09-01 nlin.PS physics.flu-dyn
Can weakly nonlinear theory explain Faraday wave patterns near onset?
法拉第问题是一个重要的模式形成系统，它提供了一些中间地带的系统，其中初始不稳定性只涉及一个单一的模式，并在其中复杂性，然后从模式相互作用或二次分叉的结果，并在系统是高度湍流和许多空间和时间模式被激发的情况下。它是一个丰富的来源，新颖的模式和理论工作，旨在了解如何和为什么这样的模式发生。然而，将理论与实验联系起来是特别具有挑战性的：实验很难进行;感兴趣的参数范围（大盒子，中等粘度）以及求解自由边界纳维-斯托克斯方程的技术困难使得问题的数值解很难;并且不稳定性导致整个不稳定波矢量圆的事实提出了相当大的理论困难。原则上，弱非线性理论应该能够预测哪些模式在模式开始时是稳定的。在本文中，我们提出的第一个定量比较弱非线性理论的完整的纳维-斯托克斯方程和（以前出版的）实验结果的法拉第问题的多频强迫。我们证实，三波相互作用坐在为什么复杂的模式是稳定的，但也突出了理论和实验之间的一些差异的核心。这些都表明需要进一步的实验和理论工作，以充分调查的问题模式的双稳态和双临界/三临界点在确定分叉结构的作用。
2015-06-29 nlin.PS physics.flu-dyn
Sub-harmonic parametric instability in nearly-brimful circular-cylinders: a weakly nonlinear analysis
在实验室法拉第实验中，弯月形波对小振幅强迫的谐波响应没有阈值，因此可能掩盖了参数波的不稳定性。它们的抑制可以通过借助于以静态接触角$θ_s=90^{\circ}$（满状态）固定在容器边缘处的接触线来实现。然而，在某些应用中，如基于液体的生物传感器的应用中，期望可调谐的弯月面波，其中它们可以通过稍微填充不足/过度填充容器（$θ_s\ne90^{\circ}$）来调节静态弯月面的形状而被控制，同时保持接触线固定在边缘处。在这里，我们将这种润湿条件称为近满。尽管基于Floquet分析的经典无粘性理论已针对钉扎接触线的情况进行了重新表述（Kidambi 2013），但考虑到（i）粘性耗散和（ii）静态接触角效应，包括弯月面波，使得此类分析实际上难以处理，并且仍然缺乏全面的理论框架。为了填补这一空白，在这项工作中，我们正式通过多时间尺度方法的弱非线性分析能够预测的影响（i）和（ii）的粘性亚谐波驻波在满和近满圆柱体的不稳定性开始。尽管所得到的振幅方程的形式实际上类似于通过对称性论证得到的形式（Douady 1990），但这里的规范形系数是从第一性原理数值计算的，从而使我们能够合理化和系统地量化由弯月面和次谐波参数波的相互作用引起的法拉第舌和相关分叉图上的修改。
2022-02-28 physics.flu-dyn
Interface Fragmentation via Horizontal Vibration: A Pathway to Scalable Monodisperse Emulsification
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
通过水平振动在矩形容器中稳定分层的不相容液体间产生单分散微乳液，研究界面碎裂的临界加速度与粘性比及强迫频率的关系，实现乳滴直径和数量的可控调节。
2025-12-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Three-wave interactions and spatio-temporal chaos
三波相互作用是我们理解许多模式形成系统的基础，因为它们包含了最基本的非线性相互作用。在具有两个可比较的长度尺度的问题中，两个较短波长的波与一个较长波长的波相互作用，以及两个较长波长的波与一个较短波长的波相互作用是可能的。考虑这两种类型的三波相互作用可以一般地解释复杂模式和时空混乱的存在。两个长度尺度自然出现在法拉第波实验与多频强迫，我们的研究结果使一些以前无法解释的时空混沌的实验观测到解释在一个新的光。我们的预测说明了一个模型偏微分方程的数值模拟。
2011-11-02 nlin.PS physics.flu-dyn
