Dispersive shallow water wave modelling. Part II: Numerical simulation on a globally flat space
本文描述了一种数值求解弱色散全非线性Serre-Green-Naghdi（SGN）模型的数值方法。也就是说，我们的计划是基于可靠的有限体积方法，证明是非常有效的双曲方程的一部分。我们的研究的特殊性是，我们开发了一个自适应的数值模型，使用移动网格。此外，我们使用一种特殊形式的SGN方程的非流体静力部分的压力是通过求解一个非线性椭圆方程。此外，这种形式的控制方程允许确定边界条件的自然形式，以获得适定（数值）问题。
2020-02-19 cs.CE physics.ao-ph physics.class-ph
DiffSWE2d: a differentiable Shallow Water Equations solver for end-to-end flood and tsunami modelling
Earth Sciences New Zealand（地球科学新西兰）
DiffSWE2d是一个基于PyTorch的可微分浅水方程求解器，通过自动微分实现梯度直接传播，用于端到端洪水与海啸建模，并验证了其在反演优化中的有效性。
2026-09-11 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Local Multi-Layer Approach to Modelling Interactions between Shallow Water Flows and Obstructions
针对洪水模型难以准确模拟线性地物及桥闸等部分阻水结构的问题，本文提出局部多层 Riemann 求解器，利用内部边界条件、守恒律和垂向离散化计算受阻界面通量，并经水力水槽实验验证且可兼容现有有限体积二维水动力模型。
2023-04-20 physics.flu-dyn
Generative Modelling of Stochastic Rotating Shallow Water Noise
Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出用生成式模型替代PCA来校准随机旋转浅水模型中的噪声，避免对增量施加正态分布约束，实验表明噪声非高斯且生成式建模在RMSE、CRPS和秩直方图上表现良好。
2024-03-15 cs.LG cs.NA math.DS
Time-frequency analysis of ship wave patterns in shallow water: modelling and experiments
船舶尾流的频谱图是一个热图，它可视化了船舶经过时在单个点处进行的表面高度测量的随时间变化的频谱。光谱图很容易计算，如果解释得当，有可能提供有关船舶各种属性的关键信息。在这里，我们使用几何参数和分析的理想化的数学模型，以确定频谱图的功能，集中在一个有限的深度通道的影响。我们的结果在很大程度上取决于是否流态是亚临界或超临界。为了支持我们的理论预测，我们从实验中取得的数据进行比较，我们在一个模型试验池中使用各种现实的船体。最后，我们注意到，具有高纵横比的血管似乎产生包含周期性图案的频谱图数据。我们可以通过使用所谓的两点造波器在我们的数学模型中再现这种行为。这些结果突出了波浪干扰效应在舰船尾流谱图中的作用。
2018-09-10 physics.flu-dyn
Unsteady shallow meandering flows in rectangular reservoirs: A modal analysis of URANS modelling
本文利用URANS三维模拟和POD模态分析研究矩形浅水水库中的蜿蜒射流，比较三种涡黏模型并借助Q准则揭示三维现象、自由表面观测与二维水深平均模型的差异。
2022-04-25 physics.flu-dyn
Dispersive shallow water wave modelling. Part IV: Numerical simulation on a globally spherical geometry
Institute of Computational Technologies, Novosibirsk, Russia（新西伯利亚计算技术研究所）；CNRS–LAMA, Université Savoie Mont Blanc, France（法国萨瓦-曼恩大学 CNRS-LAMA 实验室）
本文研究了在旋转全局球形几何上分散性波模拟的问题，采用分裂方法提出了一种两步预测-校正方案，通过理想化情境和实际案例验证了该算法在球形几何上处理分散性波传播的能力。
2018-05-14 cs.NA math.AP math.NA
Static response of deformable microchannels: A comparative modelling study
我们提出了一个比较模拟微通道中的流体-结构相互作用的研究。通过基于平板理论和低雷诺数流动润滑近似的数学分析，推导出了具有薄和厚变形顶壁的长浅微通道的流量-压降关系模型。这些关系进行了测试，对全三维双向耦合流固耦合模拟。三种类型的微通道，代表不同的弹性制度，并已被实验表征之前，被选为我们的理论和模拟的基准。在大多数情况下，预测，模拟和测量流量压降关系的良好协议。进行的数值模拟，让我们也仔细检查的变形轮廓的微通道的顶壁在任何截面，表现出良好的协议与理论。具体而言，预测的展向位移在一个长的浅的微通道从流动方向的变形是肯定的，和预测的缩放的最大位移与流体动压和各种材料和几何参数进行了验证。
2020-07-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Applying latent data assimilation to a fluid dynamics problem
本文提出一种结合降阶建模、深度学习与数据同化的综合方法，在潜在空间中预测浅水方程数据，并通过实验验证其预测精度和鲁棒性，为风暴潮等气象事件防治提供参考。
2023-09-21 physics.flu-dyn
Surface curvature and secondary vortices in steady dense shallow granular flows
本文针对任意横截面倾斜通道中的稳定密集浅层颗粒流，基于流动浅薄性展开与二阶颗粒流变学推导渐近解，成功刻画了表面变形与二次涡流，并通过 DEM 模拟和实验验证了理论并推断出第二法向应力差。
2025-06-27 physics.flu-dyn
Hyperbolic Model for Free Surface Shallow Water Flows with Effects of Dispersion, Vorticity and Topography
我们推导出一个双曲方程组，该方程组近似于最近由Gavrilyuk，Liapidevskii \& Chesnokov（J. Fluid Mech.，第808卷，2016年，pp. 441- 468）。使用该系统模拟表面波的演变，可以避免在求解色散浅水方程，这是连接在每个时刻的椭圆形问题的解决方案和实现在计算域的边界处的非反射条件的主要数值挑战。它还允许减少计算时间。确定所获得的模型的特性的速度，并进行线性分析。构造并研究了模型的平稳解。的双曲系统的数值解进行了比较，与原来的色散模型的解决方案。结果表明，它们几乎一致的大的时间间隔。将该系统应用于均匀流与固定壁面相互作用后产生的非定常波浪、局部障碍物上的非静力剪切流以及斜滩上破碎孤波的演化等问题的研究。
2019-05-01 physics.flu-dyn
An augmented Lagrangian algorithm for recovery of ice thickness in unidirectional flow using the Shallow Ice Approximation
冰流模拟中的一个关键参数是冰床界面处的基底滑动，因为它可以对所得冰厚度产生很大影响。不幸的是，它对气象观测的贡献很难与床面起伏的贡献区分开来。因此，从表面测量推断冰厚度是一个有趣的和非平凡的反问题。本文提出了一种仅利用表面高程和速度测量来双重恢复冰厚和基底滑动的方法。单向浅冰近似首先实现模型的恒定状态冰流给定的基岩和基底滑动剖面。然后将该表面作为合成观测数据。一个增广拉格朗日算法，然后使用找到的扩散系数，它给出了最好的适合观察。将恢复的扩散与观察到的表面速度相结合，使用简单的牛顿法来恢复冰厚度和基底滑动。该方法是成功的，在每个测试情况下，这意味着它应该是可能的，以恢复这两个参数在二维的情况下也。
2021-07-28 math.OC physics.ao-ph physics.comp-ph
A shallow water model for magnetohydrodynamic flows with turbulent Hartmann layers
本文建立了一个浅水模型，研究了均匀静态磁场中导电流体在两个平行平面之间的流动，其中存在湍流哈特曼层。这是通过使用Prandtl的混合长度模型对这些层中的壁面剪切应力进行建模来实现的，正如Albousssière \& Lingwood的作者所做的那样（Phys. Fluids，2000）。这个新模型的想法产生于以前的浅水模型的失败，假设一个层流哈特曼层恢复正确的耗散量发现在一些制度的MATURE实验。该实验由Messadek \& Moreau（J. Fluid Mech.2002）的作者进行，由在横向磁场中以差动旋转方式电驱动的汞薄层组成。我们的新模型在这个实验的配置的数值模拟，使我们能够恢复的全球角动量和本地速度的实验值高达百分之几时，哈特曼层是在一个足够发达的湍流状态。因此，我们提供了一个证据，在这些特定的制度中观察到的原因不明的耗散水平在MATURs哈特曼层中的湍流所造成的。通过我们模型的简单性，对流动进行了参数分析，结果还表明，哈特曼层中的湍流摩擦阻止了准二维湍流变得更加强烈，并限制了大尺度的大小。
2020-06-06 physics.flu-dyn
Rotating shallow water flow under location uncertainty with a structure-preserving discretization
我们介绍了一个物理相关的随机表示的旋转浅水方程。推导主要依赖于一个随机传输原理和分解成一个大规模的组件和噪声项的流体流模型的未解决的流动组件。至于经典的（确定性）系统，这个计划，被称为位置不确定性（LU）下的建模，保存任何实现的全局能量，并提供了可能性，以生成一个合奏的物理相关的随机模拟与模型误差表示和合奏的传播之间的良好的权衡。为了保持数值上的能量守恒功能，我们结合了能量（在空间中）保持离散化的基本确定性模型与近似的随机项是基于标准的有限体积/差分算子。LU推导，建立从非常相同的守恒原理作为通常的地球物理模型，连同提出的数值方案可以直接用于现有的动力核心的全球数值天气预报模式。所提出的框架的能力证明了无粘测试情况下的f-平面和正压不稳定射流的球体。
2021-10-19 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Discrete Droplet Method for Modelling Thin Film Flows
本文提出了一个新的模型来模拟流过曲面的流体薄膜的形成、演化和破裂。被称为离散液滴方法（DDM），该模型捕捉薄流体膜的演变，通过跟踪单个移动的流体液滴。在现有的薄膜模型，解决了偏微分方程，以确定膜的高度，在这里，我们计算的膜高度的数值积分的基础上的液滴的聚集。这种方法在使用液滴方面的新颖性使其适合于模拟流体膜的形成，并对部分润湿表面上的薄膜流动进行建模。DDM是一种拉格朗日方法，每个液滴上的力平衡控制运动，导数近似使用平滑粒子流体动力学（SPH）的方法。通过与解析解、薄膜流浅水方程的结果以及全三维解析Navier Stokes模型的结果进行比较，验证了该模型的有效性。我们还提出了使用的DDM的工业测试案例。结果表明，该模型对含薄膜流动的模拟是有效的。
2022-05-11 physics.flu-dyn
A New Riemann Solver for Modelling Bridges in Flood Flows -- Development and Experimental Validation
河流中的水流会受到水流障碍物或人工结构（如桥梁、堰和水坝）的强烈影响。在洪水期间尤其如此，可能导致显著的回水效应或水流偏离河岸。然而，在当代工业实践中，线性特征（如桥梁）通常使用粗略近似、基于经验的方法建模或完全省略。本文提出的是一种新的黎曼求解器，它能够模拟水动力洪水模型，使用有限体积方案来解决浅水方程的影响，这些功能。该解决方案的过程表示相邻细胞之间的界面处的结构，并使用一个组合的内部边界条件和不同形式的守恒律在相邻的细胞来解决跨界面的数值通量。由于该过程仅适用于单元相邻的接口处的结构被建模，因此该方法是潜在的兼容与现有的流体动力学模型。从最先进的研究水槽收集的验证数据的比较表明，求解器是适合模拟一系列的流动条件和结构配置，如桥梁和闸门。
2022-07-07 physics.flu-dyn
Near-inertial wave scattering by random flows
利用线性浅水混合层模式研究了湍流对风驱动海洋近慣性波的影响。将流动建模为空间尺度与波长相当的均匀和平稳随机过程，我们推导出物理和光谱空间中的波能传输方程。该方程描述了流体对波的散射，其导致具有相同频率（或等效地，具有相同波数）的波之间的能量重新分布，并且对于各向同性流体，导致波场的各向同性。明确获得的散射和各向同性的时间尺度，并发现是典型的海洋参数的顺序为几十天。从输运方程推断的预测证实了一系列的数值模拟。近慣性波强烈影响流散射的两种情况下，通过专门的非线性浅水模拟研究。在第一个，波包传播赤道作为结果从$β$ -效果被证明是减慢和分散的纬向和纬向散射。在第二，移动的旋风所产生的波被证明是强烈的散射干扰，导致再次增加分散。
2016-06-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Reduced modelling and global instability of finite-Reynolds-number flow in compliant rectangular channels
实验已经表明，在顺应性微通道中的流动可以在比刚性导管中的相应流动低得多的雷诺数下变得不稳定。因此，有人建议，壁的弹性顺应性，可以利用对新的模式的微尺度混合。虽然以前的研究主要集中在局部不稳定性引起的流体-结构相互作用（FSI）在系统中，我们推导出一个一维（1D）模型来研究FSI的整体不稳定性的影响。所提出的1D FSI模型是针对长的，浅的矩形微通道与可变形的顶壁，类似的实验。超越通常的润滑流动分析，在这些几何形状，我们包括有限的流体惯性和耦合的减少流量方程到一个新的减少一维壁变形方程。虽然与以前的实验进行定量比较是困难的，所提出的模型的行为与实验观察结果定性一致，并捕获几个关键的影响。具体地说，我们找到了1D FSI模型的膨胀基态对无穷小扰动线性不稳定的临界条件。临界雷诺数的预测与实验观察。不稳定模式是高度振荡的，频率接近壁的固有频率，这表明所观察到的不稳定性是共振现象。此外，在从未变形的初始状态启动期间，FSI可以触发自持振荡。我们的建模框架可以应用到其他微流体系统在不同的操作条件下具有类似的几何尺度分离。
2022-10-24 physics.flu-dyn
