Theory of Nonlinear Acoustic Forces Acting on Inhomogeneous Fluids
近年来,人们用平均欧拉压力假设解释了声场作用下非均质混相流体的流动抑制和迁移现象。在这封信中,我们表明,这一假设是不合理的,任何假设的平均欧拉压力是不必要的。我们提出了一个理论的非线性声学的非均匀流体的第一性原理,它解释了流动抑制和声学搬迁在微通道内的可混溶和不可混溶的非均匀流体。该理论预测了高阻抗流体向驻波压力节点的迁移,这与最近的实验结果一致。
2021-08-26 physics.flu-dyn
Mode-to-mode nonlinear energy transfer in turbulent channel flows
本研究引入新变量分析湍流槽道流的模间非线性能量传递,量化了单模态能量收支、三类结构的横向级联及解析与亚格子尺度的级联特征,验证了净正向级联形态与Smagorinsky模型的一致性。
2024-08-09 physics.flu-dyn
A generalized nonlinear Schrödinger equation as model for turbulence, collapse, and inverse cascade
利用一个具有复系数群色散和非线性项的二维广义立方非线性薛定谔方程,研究了有限振幅局域初始扰动的演化.结果发现,后者的调制可以导致边带的形成,波凝聚,崩溃,湍流,和逆级联,虽然不是所有在一起,也不是在该顺序。
2011-04-16 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Nonlinear superposition of direct and inverse cascades in two-dimensional turbulence forced at large and small scales
我们询问的性质的二维Navier-Stokes湍流同时被迫在小尺度和大尺度。背景动机来自于对大气湍流的观测结果。我们表明,速度场是服从于两个辅助速度场的总和被迫在大,小尺度和表现出直接拟能和逆能量级联,分别。值得注意的是,这两个辅助领域调和通量的普遍性质与正统计相关的惯性范围内。
2011-10-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Instability cascade of strongly nonlinear gravity waves in a vertically sheared atmosphere
针对垂直切变大气中的准一维稳态内重力波,研究识别出多种相互竞争或相继发生的不稳定性机制构成的级联,并发现其局部动力学取决于背景切变符号。
2023-09-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear acoustic wave generation in a three-phase seabed
本文研究了由固体框架和含有气泡的孔隙水组成的三相海洋沉积物中两个泵声波产生声波的情况,为了避免形成激波,在存在显著声速频散的频率范围内考虑了相互作用。得到的非线性方程描述的声波在气泡的存在下的相互作用。所产生的波的振幅的表达式,并进行其依赖于距离和气泡的共振频率的数值分析。
2015-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Energy Transfer and Spectra in Simulations of Two-dimensional Compressible Turbulence
我们提出了高分辨率数值模拟结果的可压缩二维湍流被迫在中间空间尺度与螺线管白色的时间外部加速度。详细研究了具有等温状态方程、低能注入率和湍流马赫数$M\approx0.34$且无能量凝聚的情况。能谱和通量的分析表明,从不可压缩的情况下熟悉的经典的双级联图片是实质上修改的压缩性效应。虽然小尺度直接涡度拟能级联基本上保持完整,但大尺度能量通量环与直接声能级联一起形成,以补偿螺线管动能的逆传递。在小尺度下,直接涡度拟能和声学能量级联在小的马赫数下完全解耦,因此相应的谱能量斜率符合理论预测。在大尺度下,声波在涡旋上的色散使湍流速度谱软化,而与相干涡旋相关的势能的伪声分量使势能谱变陡。
2018-02-22 astro-ph.GA nlin.AO physics.comp-ph
Formation of a Direct Kolmogorov-like Cascade of Second Sound Waves in He II
基于高品质谐振器中的非线性第二声谐振的测量,我们观察到了稳态波能量级联在He II涉及通过频谱范围朝向高频的能量通量。我们表明,在波系统的能量平衡是非本地的K-空间和能量泵送和耗散的频率尺度是广泛分离的。波的振幅分布在很宽的频率范围内遵循幂律。数值计算的结果与实验观察一致。我们认为,这种第二声级联可能是有用的模型研究声湍流。
2009-01-31 cond-mat.other physics.flu-dyn
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
Nonlinear phase mixing and phase-space cascade of entropy in gyrokinetic plasma turbulence
弱碰撞磁化等离子体中的静电湍流可以解释为相空间中的熵级联,这被认为是磁化等离子体湍流中能量耗散的普遍机制。当热拉莫尔半径尺度的非线性去相关时间短于碰撞时间时,在亚拉莫尔尺度上的宽谱波动在速度和位置空间中被数值发现,具有理论预测的缩放。结果是重要的,因为他们确定什么可能是一个普遍的Kolmogorov式制度的动力学湍流,因为任何物理过程,产生波动的gyrophase独立的分布函数的一部分,可能会通过熵级联,导致在湍流加热的速率增加的波动幅度,但是独立的碰撞频率。
2009-06-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonlinear propagation and control of acoustic waves in phononic superlattices
研究了强声波在一维声子晶体中的传播。该介质是一种结构化流体,由具有交替线性声学特性和二次非线性系数的流体层的周期性阵列形成。层之间的间隔是波长的数量级,因此布拉格效应,如带隙出现。我们发现,强色散和非线性之间的相互作用导致波传播的新的情况。当非线性产生的谐波位于带隙内或带隙附近时,均匀介质中强声波典型的经典波形失真过程可以被强烈地改变。这允许工程师的可能性介质,以获得特定的波形。这方面的例子包括设计具有有效(例如立方)非线性的介质,或极端线性介质(其中失真可以被消除)。所提出的想法打开了一条通往控制声波传播的非线性制度。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.flu-dyn
Dynamics of homogeneous shear turbulence: A key role of the nonlinear transverse cascade in the bypass concept
为了理解谱稳定剪切流中亚临界湍流的自维持性,我们对不同流域纵横比的均匀剪切湍流进行了直接数值模拟,并在傅立叶空间中分析了动力学过程。在这种流动中没有指数增长的模式,并且由于剪切流的非正态性,湍流仅由扰动谐波的线性增长有力地支持。这种非常态诱导的或非模态的增长在谱空间中是各向异性的,这反过来又导致了该空间中非线性过程的各向异性。其结果是,傅立叶空间中的谐波的横向(角)重新分布似乎是在这些流中的主要非线性过程,而不是直接或逆级联。我们把这种非线性再分布称为非线性横向级联。它表明,湍流是持续的线性非模态增长和非线性的横向级联之间的微妙的相互作用,这证明了一个众所周知的旁路方案的亚临界湍流。这两个基本过程主要在大的长度尺度上操作,与域的大小相当。因此,傅立叶空间的这个中心的小波数区域在自我维持中是至关重要的;我们定义了它的大小,并将其标记为湍流的重要区域。在重要区域之外,非模态增长和横向叶栅是次要的。虽然叶栅和湍流的自持过程在不同的长宽比下在性质上是相同的,但积极参与这一过程的谐波的数量不同,但总是保持相当大。这意味着亚临界湍流的自我维持不能用低阶模型来描述。
2017-05-08 astro-ph.SR nlin.AO physics.flu-dyn
Energy transport in weakly nonlinear wave systems with narrow frequency band excitation
提出了一种新的离散模型(D-模型),用于描述窄带激励下中小非线性系统中的非线性波相互作用。它在一个单一的理论框架中集成了两种模式之间的能量传输机制,即不稳定性和能量级联,并给出了发生这种机制的条件。给出了形成级联的条件、级联方向、级联终止的条件等,这些条件强烈依赖于激励参数的选择。可以计算级联的能谱,产生离散和连续的能谱。该模型不需要统计假设,因为所有效应都来自不同模式的相互作用。在给出的例子中--具有色散函数$ø^2=g\,k$和小非线性的表面水波--D模型预测Benjamin-Feir不稳定性边带的不对称增长,而从离散到连续能谱的过渡适当选择的激发参数产生饱和的Phillips功率谱$\sim g^2ø^{-5}$。D模型可用于流体力学、非线性光学、电动力学、等离子体、对流理论等领域中出现的众多波系的实验和理论研究。
2012-09-29 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Wave turbulence in self-gravitating Bose gases and nonlocal nonlinear optics
我们发展了二维和三维薛定谔-亥姆霍兹方程描述的系统中的弱波湍流理论。该模型包含了常见的三次非线性薛定谔方程和薛定谔-牛顿方程。后者,在三维空间中,是一个模糊暗物质的非相对论模型,它具有非局部引力自势,在二维空间中,它们描述了傍轴近似下的非局部非线性光学。我们证明,在弱非线性极限下,薛定谔-亥姆霍兹方程同时具有粒子的逆级联和能量的前向级联。我们解释的逆级联作为一个非平衡凝聚过程,这是在大尺度结构形成的前兆(例如,银河系暗物质晕或光孤子的形成)。我们表明,在二维和三维的薛定谔-牛顿方程,并在二维非线性薛定谔方程,粒子和能量通量进行的热力学分布的小偏差,而不是Kolmogorov-Zakharov级联是熟悉的波动湍流。我们发展了一个微分近似模型来描述这种“温级联”状态。
2021-03-23 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Detecting nonlinear acoustic waves in liquids with nonlinear dipole optical antennae
超声是用于生物系统的重要成像模态。高频超声也可以(例如,通过声学非线性)用于通过导管插入提供血管结构的深穿透和高分辨率成像。后者是血管健康的重要诊断。通常,超声需要大于声波波长或与声波波长大小相同的源和换能器。在这里,我们设计和理论上证明,单一的银纳米棒,作为光学非线性偶极天线,可用于检测超声波通过布里渊光散射从线性和非线性声波在散装水中传播。与使用基本等离子体共振的通常方法相比,纳米棒被调谐为在高阶等离子体模式下操作。高阶操作也会引起增强的光学三次谐波产生,这为激发偶极天线的高阶Fabry-Perot模式提供了重要方法。
2015-09-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.flu-dyn
Nonlinear transverse cascade and sustenance of MRI-turbulence in Keplerian disks with an azimuthal magnetic field
利用剪切盒模拟方法研究了具有非零净方位磁场的开普勒圆盘中由磁旋转不稳定性(MRI)驱动的磁流体动力学湍流。不同于以往的研究,我们分析湍流动力学傅立叶(${\bf k}$ -)空间,以了解其支持。磁共振成像的线性增长具有瞬态特性,在傅立叶空间中是各向异性的,从而导致非线性过程在傅立叶空间中的各向异性。其结果是,主要的非线性过程似乎是一种新型的角度重新分布模式在傅立叶空间-的\emph{nonlinear transverse cascade} -而不是通常的直接/逆级联。我们表明,湍流是持续的相互作用的线性瞬态增长的MRI(这是唯一的能量供应的湍流)和横向级联。这两个过程在大的长度尺度上运行,相当于盒子大小,相应的小波数区域,在傅立叶空间中称为\emph{vital area},对于维持至关重要,而在重要区域之外,直接级联占主导地位。傅立叶空间中的线性和非线性过程的相互作用通常过于交织,无法生动地图示。尽管如此,我们揭示了\emph{basic subcycle}的支持,清楚地表明这些过程的协同作用,在磁化流系统的自组织。这种协同作用是相当稳健的,并且对于所考虑的模拟盒的不同纵横比持续存在。这些盒子中的动力学过程的光谱特征是定性相似的,表明MRI湍流的维持机制的普遍性。
2017-07-21 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Zero net flux MRI-turbulence in disks $-$ sustenance scheme and magnetic Prandtl number dependence
利用标准剪切盒模拟方法研究了净磁通量为零的开普勒圆盘中磁旋转不稳定性(MRI)驱动湍流对磁普朗特数(${\rm Pm}$)的维持和依赖性。我们专注于傅立叶空间中的湍流动力学,捕捉特定/非正则各向异性的非线性过程,由于磁盘流剪切。这是一种新型的非线性波矢方向上的模式重新分布--非线性横向叶栅--它是剪切流的普遍现象,与通常的正/逆叶栅有着根本的不同。零通量MRI没有指数增长模式,因此其增长是瞬态的或非模态的。湍流的自我维持是由MRI的瞬态增长和非线性横向级联的建设性合作。这种合作发生在小的波数(在流量大小尺度上),称为傅立叶空间中的重要区域。直接级联将模能量从重要区域转移到更大的波数。在大的${\rm Pm}$,横向级联优于直接级联,保持大部分模式的能量包含在小的波数。然而,随着${\rm Pm}$的减小,横向级联的作用减弱,并且不再能够对抗直接级联的作用,直接级联更有效地将能量传递到更高的波数,从而导致增加的电阻耗散。这破坏了维持方案,导致湍流衰减。因此,零净通量MRI湍流的衰减与减少${\rm Pm}$归因于拓扑重排的非线性过程时,直接级联开始占上风的横向级联。
2020-10-07 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Transfer Loop and Statistical Equilibrium of Korteweg-de Vries-Burgers Systems Associated to Classical Nonlinear Acoustics and Quantum Shock Waves
我们提出并论证了一维Korteweg-de Vries-Burgers模型的传输环和\textit{all-scale}统计平衡的情形,前者与激波形成有关,后者与正则系综中的高斯分布有关,但温度与波长有关。在多学科的相关性中,强调了经典非线性声学和量子冲击波,以获得更有利的实验测试的可能性。
2022-12-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech math-ph