Instability of a horizontal water half-cylinder under vertical vibration
本文给出了在垂直方向正弦振动的刚性水平板上的半圆柱体中的参数驱动波的实验研究结果。当强迫振幅超过临界值时，在水半圆柱中激发出驻波。参数激励的亚谐波是非轴对称的，与垂直液体圆柱或射流中的轴对称Savart-Plateau-Rayleigh波有本质的不同。根据驱动频率，激发不同方位波数的驻波。一个线性理论也补充，它捕捉所观察到的色散关系定量。
2019-12-27 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
Harmonic and subharmonic waves on the surface of a vibrated liquid drop
液滴和振动在日常生活和技术中无处不在，它们的结合往往会导致迷人的物理现象，为生物学，医学，化学和光子学的实际应用开辟了有趣的机会。在这里，我们研究，理论和实验，支持的固体板，垂直振动在一个单一的，低的声学范围内的频率煎饼形液滴的响应。当振动振幅较小时，液滴的主要响应是振动频率处的谐波。然而，随着振幅的增加，半频次谐波法拉第波被激发参数的下降表面上。我们开发了一个简单的一维液滴的流体动力学模型，以分析确定的谐波和第一超谐波分量的线性响应的下降的振幅。在非线性制度，我们的数值分析揭示了一个有趣的级联的不稳定性，导致发病的次谐波法拉第波，其调制不稳定性和混沌制度与宽带功率谱。我们发现，非线性响应是高度敏感的液滴尺寸和法拉第波长的比率。当液滴高度与粘性边界层的宽度相当时，谐波的主分叉由倍周期分叉主导。使用低粘度乙醇和高粘度芥花油滴在70 Hz下振动进行的实验结果与我们的建模预测定性一致。
2019-09-23 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
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
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
Resonant Triad Instability in Stratified Fluids
内部重力波有助于流体混合和能量传输，不仅在海洋中，而且在大气和天体中。我们在这里提供了第一个实验测量的增长率的共振三重不稳定性（也称为参数次谐波不稳定性）转移能量到较小的尺度，它是耗散。我们在实验室实验中传播的垂直模式与理论预测进行了仔细和定量的比较。
2012-04-27 physics.class-ph physics.flu-dyn
Wave-kinetic dynamics of forced-dissipated turbulent internal gravity waves
本文通过受迫耗散动理学方程模拟弱非线性内重力波，揭示早期非局域相互作用与后期局域各向异性能量级联，并发现小水平波矢处由波-波相互作用介导的层化凝聚现象。
2025-03-28 physics.flu-dyn
Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms
生物细胞和许多生物体大多由液体组成，因此，通过与液滴类比，它们应该表现出一系列基本的非线性现象，例如驻波的出现。在这里，我们测试四种常见的蚯蚓，以证明垂直振动的活蠕虫水平躺在一个平坦的固体表面的结果在发病的次谐波法拉第样体波，这是可能的，因为蚯蚓有一个流体静力学的骨架与灵活的皮肤和充满液体的体腔。我们的研究结果是支持的理论分析的基础上的模型的参数激励的振动，在充满液体的弹性圆柱体中使用的材料参数的蠕虫的身体在文献中报道。在生物体中激发非线性次谐波体波的能力可用于探测并可能控制重要的生物物理过程，如神经冲动的传播，从而为解决具有根本影响的生物学问题开辟了途径。
2019-12-16 cond-mat.soft physics.bio-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
Physics-Guided Generative Surrogates for Parametric Rarefied Flows with Neural-Field Auto-Decoders: A Pipeline-Level Study of Flow Matching and Diffusion
Centre for Interdisciplinary Research in Fluids, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所流体力学交叉研究中心）
该研究提出一种物理引导的条件隐式生成框架，以神经场自动解码器为核心，通过流匹配与扩散技术实现参数化稀薄流动的高效代理建模，在稳态基准测试中表现出高精度，且具备向多值或随机解扩展的潜力。
2026-08-27 physics.flu-dyn
Longitudinal and transverse modes of temperature modulated inclined layer convection
该研究通过数值模拟与Floquet分析，探究了温度调制下倾斜流体层对流的参数不稳定性，明确了纵向、横向模式的振荡特性及余维2点倾斜角的变化规律，为倾斜层对流的热质传递调控提供了依据。
2022-08-02 cs.NA math.NA physics.comp-ph
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
Lee-Wave Energy Sinks in Bottom-Intensified Flow: Reabsorption, Dissipation and Nonlinear Spectral Transfer
本研究通过理想化数值模拟探究底部强化流中被困背风波的能量汇，发现参数亚谐波不稳定性引发的非线性正向级联间接耗散是重要能量汇，能量分配与亚网格尺度阻尼参数化无关，远程耗散占比小，需更全面探索参数空间以建立通用参数化方案。
2024-03-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Energy transfer in resonant and near-resonant internal wave triads for weakly non-uniform stratifications. Part I: Unbounded domain
本文利用多尺度分析方法，导出了一个广义的数学模型，用于计算无界区域内弱非均匀密度层结中弱非线性重力波包组成的共振和近共振三波组的振幅演化和能量交换。这种三元相互作用是高波数内波通过参数次谐波不稳定性导致海洋湍流和混合的机制之一。非均匀层结在垂直波数三波组条件下引入失谐失配，这可能强烈影响能量传输过程。我们详细研究了波包宽度、群速度、非线性耦合系数、失谐量和粘性等因素对弱变化层结中能量传递的影响。我们发现的局限性，著名的“泵波近似”，并推导出一个无量纲的数量，它可以从初始条件进行评估，可以预测的最大能量转移从主波在后期阶段。基于影响近共振波包之间能量转移的各种因素，还定义了两个附加的无量纲数。此外，我们确定了最佳的背景分层在介质中的变化分层的主要波，形成一个三重奏，没有失谐，使能量转移是最大的。最后，我们表明，即使是一个小的变化，在背景分层可以导致显着差异的能量传递过程中的波包时，它们具有相同的数量级的能量。
2020-05-26 physics.flu-dyn
Optimal non-linear mechanisms for laminar-turbulent transition of a shock-induced separated shear layer
Imperial College London（帝国理工学院）；ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空研究院，巴黎萨克雷大学）
本文研究了激波边界层相互作用中层流-湍流转变的最优非线性机制，通过非线性输入输出优化框架揭示了分离流动中湍流发展的四阶段路径。
2026-05-10 physics.flu-dyn
Energy cascade in the Garrett-Munk spectrum of internal gravity waves
本研究通过数值计算波动理学方程的碰撞积分，分析内重力波Garrett-Munk谱中三波相互作用的能量输运，分解不同相互作用机制的贡献，解决了两个相关长期悖论，深化了对谱能量级联机制的理解。
2023-10-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Simulating turbulent mixing caused by local instability of internal gravity waves
为了评估海洋中内波驱动的混合，我们开发了一种直接数值模拟分层湍流的新技术。由于海洋内部重力波的空间尺度通常比湍流大得多，因此将两者完全纳入模型将需要很高的计算成本，因此超出了我们的范围。或者，我们切出一个小的域周期性扭曲的未解决的大规模内波和本地模拟的能量级联到最小的尺度。在这个模型中，即使弗劳德数的外波，$Fr$，是小的密度翻转或剪切不稳定性不会发生，条纹图案的干扰是指数放大通过参数的亚谐不稳定性。当扰动幅度增长到足够大时，二次不稳定性就会出现，并产生小得多的尺度波动。通过这两个阶段，波能转化为湍流能并最终消散。与传统的垂直剪切不稳定性情形不同，湍流位能的很大一部分来自外波，并直接用于混合。混合系数$Γ=ε_P/ε$（其中$ε$为动能耗散率，$ε_P$为可用势能耗散率）总是大于0.5，并趋于随$Fr$而增加。虽然我们的结果是最符合最近提出的$Γ$和湍流弗劳德数，$Fr_t$之间的标度关系，这里得到的值$Γ$是由一个约2倍，比以前报道的大。
2020-10-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
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
On the instability of some upward propagating, exact, nonlinear mountain waves
Faculty of Mathematics, University of Vienna（维也纳大学数学学院）
采用短波长不稳定性方法，研究了在干绝热流动假设下描述向上传播山地波的精确解的线性不稳定性，发现当波陡度超过1/3的临界阈值时流动变得不稳定，并在对流层顶下方存在不稳定层。
2026-10-02 math-ph math.AP math.DS
