Resonant triad interactions in stably-stratified uniform shear flow
我们研究精确和近共振三重相互作用（RTI）在一个二维稳定分层均匀剪切流限制在两个无限平行的墙壁之间的粘性和扩散效应的情况下。当三个相互作用的波满足$k_1 \pm k_2 = k_3$和$ω_1 \pm ω_2 = ω_3$形式的共振条件时，RTI发生，其中$k_i$和$ω_i$分别是第i个波（$i \in {1,2,3}$）的波数和频率。线性稳定性问题的解析解，它给出了修改的贝塞尔函数的形式的特征函数。它被确定为具有相同的频率$ω$，但不同的波数$k_m$和$k_n$的两个主要模式之间的相互作用产生两个不同的二次模式：一个时间相关的（超谐波）模式具有频率$2ω$和波数$k_m +k_n$，和其他时间无关的（亚谐波）模式与$ω= 0$和波数$k_m - k_n$。控制超谐波模的空间振幅的微分方程的数值求解以及解析使用的方法的参数变化。结果表明，与超简谐模微分方程相关联的线性算子与线性稳定性算子相同，且微分方程的可解性条件与RTI的存在性相关联.色散关系所预言的共振三波相互作用的存在，通过显示超谐波模的空间振幅的发散来证明。在稳定分层剪切流中的波相互作用的各种情况下进行了分析，在存在一个谐振三和弦的各种频率和线性分层。
2021-09-02 physics.flu-dyn
Experimental evidence of a triadic resonance of plane inertial waves in a rotating fluid
平面惯性波是利用造波机产生的，造波机由振荡的叠层板制成，在旋转的水槽中。使用粒子图像测速仪，我们观察到，经过一个瞬态，初级平面波是受亚谐不稳定性和激发两个次级平面波。这些二次波的测量频率和波矢量与三元共振机制的预测定量一致。发现次级波矢比初级波矢更系统地垂直于旋转轴：这一特征说明了旋转湍流中能量向缓慢、准二维运动转移的起源处的基本机制。
2011-12-17 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
On Bragg resonances and wave triad interactions in two-layered shear flows
布拉格散射和弱非线性波三波组的标准共振条件传统上是在没有任何背景速度的情况下导出的。在本文中，我们已经研究了这些共振条件得到修改时，均匀的，以及各种分段线性速度剖面，被认为是两层剪切流。背景速度可以通过两种方式影响共振条件：（i）通过引起多普勒频移，以及（ii）通过改变波的固有频率。对于布拉格共振，即使是均匀的速度场也会改变共振条件。速度剪切强烈影响的共振条件，因为除了改变固有频率，它可以导致不平等的多普勒频移之间的表面，密度跃层，和底部。利用多尺度分析和Fredholm替代，我们解析地获得了布拉格共振和波三波组的方程。我们还扩展了高阶谱方法，一个高效的计算工具，通常用于研究三和弦和布拉格共振问题，将分段线性速度分布的影响。一个重要的方面，无论是在理论和数值方面，一直在扩展的势流近似，这是研究这类问题的基础，将分段恒定的背景剪切。
2019-02-15 physics.flu-dyn
Resonant triad interactions of gravity waves in cylindrical basins
该研究针对有限深度圆柱内重力波展开理论分析，证明水平约束可在特定深度诱发共振三波组，推导了振幅方程并明确演化特性与能量交换参数，对人工及天然水域共振水波研究有潜在价值。
2023-05-25 math.DS physics.flu-dyn
Precession resonance in water waves
本文描述了深水表面上重力波之间的一种新型非线性共振相互作用的理论和数值证据。共振构成了通常的“精确”共振的概括，因为我们表明，当相互作用是三波而不是四波时，波之间的能量交换可以增强，并且线性频率失配或失谐，这是可能的，因为谐振条件现在是所述称为给定$\textit{triad interaction}$的“进动频率”和系统中存在的非线性频率。在弱非线性的限制下，这种进动频率仅仅是由于三和弦相位的线性“漂移”;因此，它倾向于失谐。这意味着这种类型的进动共振可以在有限的振幅下发生，非线性校正有助于共振。我们报告的能量传输效率高达40%，具体取决于模型选项。据作者所知，这是自Benjamin和Feir（1967）开创性工作以来，表面重力波中第一种新型的非线性共振。
2016-08-15 physics.flu-dyn
Water wave collapses over quasi-one-dimensional non-uniformly periodic bed profiles
非线性水波相互作用的准一维，非均匀周期性的床剖面的数值研究在深水区的帮助下的包络线的前向和后向波的近似方程。在数值实验中观察到局域二维波结构的自发形成，其本质上看起来是波塌缩。
2009-10-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Triad interactions investigated by dual vortex shedding
本文通过双杆涡旋脱落向近似层流中注入受控波分量，结合实验测量与计算机模拟，分离并量化了流动发展过程中的三元组相互作用，揭示了纳维-斯托克斯方程非线性项驱动能量向高频转移并形成能量级联的机制。
2023-04-13 physics.flu-dyn
A nonlinear, nondispersive energy balance for surfzone waves: infragravity wave dynamics on a sloping beach
基于非线性浅水方程组（NLSWE），导出了一个完全非线性的无频散碎波能量平衡方程，用于研究亚重力波的近岸动力学。基于一个相对温和和温和的海滩斜坡上的非静力波流模型（SWASH）的波浪模拟，新的理论表明，IG能量通量的空间梯度几乎完全平衡的底部应力和主要的非线性三重相互作用的综合作用。新的平衡证实了现有的弱非线性理论的许多功能，并产生一个改进的描述内surfzone波变得高度非线性。IG波和成对的海浪（SS）波之间的三元组相互作用驱动整个浅滩和外surfzones的IG能量通量的增益。IG的能量通量减少的内surfzone，主要是通过能量级联的膨胀带和超谐波频率，波能最终消散。底摩擦耗散弱的两个斜坡。IG波破碎主要发生在缓坡带深处，其特征为三个IG波或两个IG波和一个SS波之间的三联波。即使IG波打破了缓坡，IG波和SS波对之间的非线性相互作用负责至少一半的净IG通量损失。
2022-05-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Electric double layer of colloidal particles in salt-free concentrated suspensions including non-uniform size effects and orientational ordering of water dipoles
悬浮液在各种静态或交变外场下的响应强烈地依赖于悬浮液中胶体颗粒周围的平衡双电层。无盐悬浮液的理论模型可以通过将非均匀尺寸效应和水偶极子的取向排序忽略在以前的平均场方法，这是基于泊松-玻尔兹曼方法。我们的模型包括非均匀的尺寸效应和水偶极子的取向有序似乎有相当有前途的效果，因为该模型可以预测的现象，如一个沉重的下降，相对介电常数的悬浮液和反分层附近的高电荷胶体颗粒。在这项工作中，我们数值计算得到的电势，反离子浓度和相对介电常数周围的带电粒子在浓缩无盐悬浮液校正的非均匀尺寸效应和取向有序的水偶极子。结果表明，这种修正的价值，中等到高的粒子电荷在每一个粒子的体积分数。我们的结论是，非均匀的尺寸效应和取向有序的水偶极子是必要的新的理论模型的发展，研究在浓胶体悬浮液中的非平衡特性。
2022-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
The energy cascade of surface wave turbulence: toward identifying the active wave coupling
我们调查实验湍流的表面重力波在格勒诺布尔的科里奥利设施使用高灵敏度本地探头和时间和空间分辨的立体重建的水面。研究表明，水的变形是由遵循线性色散关系的弱非线性波和非共振三元相互作用产生的束缚波叠加而成。虽然理论预测了一个4波共振耦合支持波作用的逆级联的存在，我们没有观察到这样的逆级联。我们通过计算三相干即四波相关来研究四波耦合。我们观察到非常弱的值的三相干激发的线性色散关系的弱耦合的弱湍流理论的假设是一致的频率。
2019-02-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Decomposition and Prediction of Initial Uniform Bi-directional Water Waves Using an Array of Wave-Rider Buoys
波浪能转换器（WEC）的入射波预测是通过控制WEC来最大化能量吸收的必要条件。然而，很少有工作已经做了确定性预测的双向波，其波的方向是180 [deg.]对生为了分解和预测这样的双向波，被认为是一个阵列的三个乘波浮标。利用两侧浮标将双向波浪分解为前进波和后退波分量，利用分解后的波浪预报中间浮标的水面高程。确定性波浪预报是基于脉冲响应函数的，提出了一种余弦滤波脉冲响应函数，以减小由于截断函数的无限长而引起的误差。初始均匀的双向波的预测示出展示的性能的脉冲响应函数方法的时间序列预测。数值和实验的比较进行验证我们的建议。
2022-08-03 physics.flu-dyn
Unsteady mixed flows in non uniform closed water pipes: a Full Kinetic Appraoch
我们回顾PFS模型的非定常混合流在封闭的水管，自由表面和加压流之间的过渡点被视为一个自由边界相关的压力梯度的不连续性的建模。在此基础上，提出了一种计算封闭管道内非定常混合流的数值动力学格式。这种动力学方法，我们称之为“全动力学方法”的FKA是一种简单和数学优雅的方法来处理多个过渡点时，自由表面和加压流之间的状态变化发生。我们使用两种方法，即“鬼波方法”和“全动力学方法”来处理这些转变点。我们表明，这种动力学数值格式具有以下特性：它是湿区保守的，在CFL条件下，它保留湿区正值，它“自然”地处理干燥和洪水区域，最重要的是它保留了每个静止流。最后，数值实验与实验室实验，该计划产生的结果是在一个非常好的协议。我们还提出了一个数值实验时，可能发生的洪水和干燥的流动，最后作出了数值研究的动力学方法的阶。
2013-09-25 math.AP physics.flu-dyn
A Favre-Averaging Shallow Water Framework for Aerated Flows with Friction Factor Decomposition
The University of New South Wales, Canberra（新南威尔士大学堪培拉校区）
本文提出了一种基于浅水方程的 Favre 平均方法，用于预测高弗劳德数含气流的阻力，通过分解摩擦因子考虑混合密度变化，验证了该方法在实验数据中的有效性。
2026-05-12 physics.flu-dyn
Explicit equations for two-dimensional water waves with constant vorticity
本文采用保角变量，给出了任意非均匀底剖面上二维无粘自由面常涡量流动的精确而紧凑的控制方程。一个有效的和非常精确的数值方法为这个问题的发展。
2017-04-12 physics.flu-dyn
Ship waves on uniform shear current at finite depth: wave resistance and critical velocity
我们提出了一个全面的理论，线性重力驱动的船波中存在的剪切流均匀涡，包括有限水深的影响。本文首次计算了剪切流存在时的波阻，它一般包含一个非零的横向分量。虽然形式上显然是现有深水理论的直接扩展，但有限水深的引入在物理上并非微不足道，因为表面波现在受到海流和海床效应的微妙相互作用的影响。当考虑临界速度现象时，这一点变得特别明显，临界速度是横向传播的波变得无法跟上移动源的速度。该现象在浅水中是众所周知的，并且最近被证明在存在剪切流的情况下也存在于深水中[Ellingsen，J.~流体机械{ \bf 742} R2（2014）]。我们推导出临界性的精确判据，它是内禀剪切弗劳德数$S\sqrt{b/g}$（$S$是均匀涡度，$b$是源的大小），水深，以及剪切流与船舶运动之间的夹角的函数。导出了正向和侧向波阻力的计算公式，并分析了在不同剪切量和不同运动方向下，正向和侧向波阻力与震源速度（或佛汝德数$Fr$）的关系。剪切流的作用是增加船舶向上游运动的波阻，减少船舶向下游运动的波阻。此外，$R$最大时的$Fr$值在船舶运动的上游方向降低，而在下游方向增加。对于船舶运动和水流之间的倾斜角，存在横向波阻力分量，其可以等于侧剪法向波阻力的$10$ - $20\%$和单位阶数的$S\sqrt{b/g}$。（继续...）
2016-04-22 physics.flu-dyn
Water Waves from General, Time-Dependent Surface Pressure Distribution in the Presence of a Shear Current
我们得到一个一般的，随时间变化的表面压力分布，在存在的剪切流的表面下，在三维均匀涡的水波的一般解决方案。线性化的控制方程和边界条件，包括重力的影响，一个分布式的外部压力扰动，和恒定的有限深度，解析求解，并特别注意经典的初始值问题：初始压力脉冲和稳定的压力分布突然出现。在本文中，与以前的结果表现出良好的一致性。随后，我们显示如何从一个突然出现的稳定的压力分布vanis瞬态波分析和数值大的时间，和稳定的船波保持。推导了瞬态对波阻的贡献。结果表明，剪切流对瞬变波动有明显的影响，导致上下游波浪的不对称性。突然出现定常压力的情况是介于环形波和船波之间的一种中间情况，从环形波开始，逐渐演变成船波。船舶相对于水流的运动方向被认为是决定瞬态波的影响消失得有多快的关键。当两艘船相对于水面的速度相同时，逆剪切流航行的船比顺流航行的船需要更长的时间来产生瞬态效应。因此，对于船舶在剪切流中的运动，瞬态波的影响，例如，由于操纵可以积累，并且比均匀流更重要。
2015-11-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On a unified breaking onset threshold for gravity waves in deep and intermediate depth water
我们重温经典的，但尚未解决的问题，预测打破发病的二维和三维无旋重力水波。这项研究的重点领域与平坦的海底地形和条件范围从深到中等深度（深度波长比从1到0.2）。我们的计算基于一个完全非线性的边界元模型调查几何，运动学和能量的差异之间的最大经常性和边缘碎波聚焦波群。最陡的非破碎（最大经常性）波从轻微的碎波明显分开，其归一化的能量通量位于波峰区域附近。在表面上，这降低到能量通量速度（这里是流体速度）与演化组中最高波的波峰点速度的局部比率。这为在从深到中间的均匀水深中传播的2D和3D波包的破裂起始提供了鲁棒的阈值参数。发现在断裂事件之前的载波波周期的五分之一检测到即将断裂开始的警告。
2017-04-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experimental study of breathers and rogue waves generated by random waves over non-uniform bathymetry
描述随机的，单向的，长峰，水波超过非均匀水深的实验结果证实了稳定的相干波包几乎均匀的群速度旅行的形成。用JONSWAP谱生成了不同陡度、不同高度和恒定周期的波浪。对实验数据进行了一系列统计处理，包括峰度、偏度、BFI、傅立叶谱和移动傅立叶谱的时空变化以及波高的概率分布。稳定的波包形成的随机场和浅滩，山谷和斜坡上的旅行进行了比较，NLS方程的精确解产生良好的匹配，并证明这些软件包是非常相似的深水呼吸器的解决方案，生存在非均匀测深。我们还提出了事件的形成流氓波在这些地区的BFI，峰度和偏度系数具有最大值。
2020-05-28 nlin.PS physics.flu-dyn
A mathematical model for unsteady mixed flows in closed water pipes
本文给出了非均匀封闭水管内非定常混合流单向模型的形式推导。在自由表面不可压缩流的情况下，正式获得的\FS模型，使用正式的渐近分析，这是一个扩展到更经典的浅水模型。以同样的方式，当管道是满的，我们提出了\Pres模型，它描述了一个可压缩的无粘流的演变，接近气体动力学方程在喷嘴。为了处理自由表面状态和压力（即可压缩）状态之间的过渡，我们提出了一个混合模型，\PFS -模型，考虑到截面和斜率的变化。
2011-06-10 math.AP physics.flu-dyn
NEMD modeling of nanoscale hydrodynamics of clay-water system at elevated temperature
在非等温条件下涉及粘土的工程问题（例如，地热能采集、填埋场覆盖系统和核废料处理）本质上是多尺度和多物理场的。高温下粘土的纳米尺度流体动力学是发展非等温条件下基于物理的多尺度模型的基础。非平衡分子动力学（NEMD）是研究粘土纳米尺度流体力学的有效工具。本文提出了一个NEMD模型在高温下的粘土纳米孔的流体动力学。研究了叶蜡石和蒙脱石粘土纳米孔中的水流动。通过对每个水分子均匀地施加外力来维持非平衡状态。NEMD模拟提供了一个分子尺度的角度来看，温度对粘土水密度，水流速度，剪切粘度，粘土水滑移长度，水力传导性，粘土水摩擦系数的影响。数值计算结果表明，在纳米尺度下，流体流速、剪切粘度、粘土-水滑移长度和水力传导率具有很强的温度依赖性。我们验证了立方定律在高温下测定纳米孔尺度下水力传导率的适用性。数值结果表明，滑移粘土-水边界条件是合理确定纳米尺度流体流速的重要因素。通过数值算例，我们还研究了纳米孔尺寸和粘土层厚度对粘土-水系统流体动力学的影响。
2021-12-29 physics.flu-dyn
Ships, Splashes, and Waves on a Vast Ocean
采用Navier-Stokes方程的均匀体积离散方法来模拟大型开放水面具有挑战性。模拟运动物体附近的水飞溅，水波的高度场方法无法捕获，需要高分辨率。这种模拟可以使用流体隐式粒子（FLIP）方法进行。然而，FLIP方法对于传播到长距离的持久水波是无效的，这需要足够的深度以获得正确的色散关系。本文提出了一种新的方法来解决这个难题，通过有效的混合体积和表面为基础的对流投影离散。针对不可压Euler方程，设计了一种结合FLIP域和自适应重网格边界元法（BEM）域的混合时间推进算法。由此产生的框架捕捉详细的水飞溅附近的FLIP方法移动的对象，并产生令人信服的水波与正确的色散关系，在适度的额外成本。
2021-09-18 cs.GR 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
Transition from bubbling to jetting in a co-axial air-water jet
在这篇简短的通讯中，我们实验研究的流动状态，出现在同轴的空气-水射流排放到停滞的空气大气中，我们提出了一个简单的解释，其发生的线性，本地，时空稳定性理论的基础上。除了水-空气速度比$u=u_w/u_a$的足够低的值的周期性起泡制度的存在之外，我们的实验揭示了速度比高于临界速度比$u_c$的喷射制度的存在。在鼓泡状态下，气泡周期性地从空气韧带的尖端形成，空气韧带的长度随着$u$而增加。然而，当$u> u_c$时，在液体同向流的核心内观察到细长的气体射流。由于在喷射制度的下游变化的流场是缓慢的，我们进行了一个本地的，线性的时空稳定性分析与均匀的速度分布模型的空气-水射流的流场。类似的过渡从滴到喷射在毛细管液体射流，分析表明，从起泡的喷射制度的变化可以理解的绝对对流不稳定性的过渡。
2019-12-09 physics.flu-dyn
On the incomplete recurrence of modulationally unstable deep-water surface gravity waves
在完全非线性位流欧拉方程的框架内，讨论了调制不稳定水波列的重现问题。特别地，检查是否从任何地方出现的调制（即，最初是无穷小的），并产生一个流氓波，然后消失无踪。如果是这样的话，这个波解将是原始流体动力学方程的呼吸者解。它示出的帮助下的完全非线性数值模拟，当流氓波发生从一个均匀的斯托克斯波列，它激发其他波具有不同的长度，防止完全复发，并最终导致在一个准周期呼吸的波包络。同时，所发现的效应在幅度上相当小，调制呼吸的周期可能是主波周期的数千倍。因此，所得到的解可称为欧拉方程的拟呼吸子。
2017-10-04 nlin.PS physics.flu-dyn
Exact analytical solution of viscous Korteweg-deVries equation for water waves
本文重新讨论了Miles [4]所研究的弱非线性孤立波的演化。本文考虑均匀水深中一维重力波的解。这导致找到一个Korteweg-de Vries（KdV）方程的解决方案，其中的非线性项是小的。还考虑了线性化KdV方程的渐近解的解析和数值。与Miles [4]一样，本文用逆散射理论的方法求出了KdV方程在线性和弱非线性情况下的渐近解。此外，还研究了粘性KdV方程的解析解，该解揭示了游隼型孤子的形成过程，游隼型孤子衰减到初始sech^2（λ）孤子，并最终生长回更窄、更高振幅的分叉游隼型孤子。
2017-04-07 nlin.PS physics.flu-dyn
Two-Dimensional Locally Adaptive Non-Hydrostatic Extension of Shallow Water Equations
Universität Hamburg（汉堡大学）
提出一种基于预测-校正格式的局部自适应非静水校正模型，用于模拟浅水波色散，通过仅在非静水效应显著区域应用校正，在类海啸场景中减少约40%计算量而不损失精度。
2026-06-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A plethora of generalised solitary gravity-capillary water waves
Université de Nice – Sophia Antipolis（尼斯索菲亚安蒂波利斯大学）；Université Savoie Mont Blanc（萨瓦蒙布朗大学）；Universidad de Valladolid（巴利亚多利德大学）
本文提出了一种高效的算法，用于计算无旋欧拉方程中自由表面的重力-毛细孤立波解，并提供了无限多个通用孤立波（具有不衰减振荡翼的孤立波）存在的数值证据。
2015-10-07 cs.NA math.NA nlin.PS
Experimental study of cavitation development in liquid in pulsed non-uniform electric field under the action of ponderomotive forces
本文采用瑞利散射法研究纳秒高压脉冲下针状电极非均匀电场中水的空化现象，证实了电致伸缩有质动力驱动空化发展的理论，并测得负压、纳米空腔尺寸及浓度与理论相符。
2024-02-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
