Impact force reduction by consecutive water entry of spheres
自由下落的物体撞击到水池上时会受到非常高的初始冲击力，在突破自由表面时最大。许多人直觉地想知道，在撞击水面之前将另一个物体扔到一个重要物体（比如你自己）前面是否可以减少这种高冲击力。在这里，我们通过允许两个球体连续进入水中并测量尾随球体上的力来测试这个想法。我们发现，对尾随球的冲击加速度的减少取决于由第一个球和第二个球的影响的相对定时所创建的腔的动力学。这些综合效应被无量纲的“Matryoshka”数捕捉，它将观察到的现象分为四个主要区域。在这些制度中的三个，我们发现，第二个球体上的冲击加速度减少了高达78%，相对于在静止的水面上的冲击。令人惊讶的是，在其中一种情况下，在观察到的最坏情况下，拖尾球体上的力急剧增加超过400%。我们解释了如何在观察到的变化，在这个多体入水问题的冲击力的空腔演变的各个阶段的结果。
2020-07-03 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Water Entry of Hydrophobic Spheres
本研究使用ANSYS和VOF模型数值模拟疏水球体入水过程，发现疏水球体因形成空气空腔减少接触面积，其阻力系数显著低于亲水球体。
2023-06-27 physics.flu-dyn
Slamming Forces During Water Entry of a Simple Harmonic Oscillator
本研究针对钝体入水砰击力问题，以简谐振子为对象通过实验与理论结合研究撞击物弹性的影响，发现软化撞击物未必降低峰值力，其转变由关联水动力与弹性时间尺度的临界水弹性因子界定。
2023-11-27 physics.flu-dyn
The water entry surface seal behavior of spheres at intermediate speed regimes
本研究的重点是在表面密封制度的球体的水进入。在此，表面密封发生在球体与水面撞击的尾流中，并且其特征在于对于各种球体直径$D$，在\emph{low-speed}（$U<30$ ~m/s）和\emph{high-speed}（$U>165$ ~m/s）状态之间的飞溅圆顶和空腔拉离。所建立的夹断时间$t_p$的经验比例定律对于低速和高速都很好地保持（即，分别为$ t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}=const$和$ t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}\propto Ca^{-1}$），但是该过渡值得改进。中间状态特别按$t_pUD^{-1}~C_d^{-1/2}\propto Ca^{-1/2}$缩放，这意味着随着速度增加，腔体内的压力降低决定了表面密封动态。我们还报告了从深层密封到表层密封的过渡，其中密封时间的缩放更像是深层密封。部分拉离，在腔表面上的波纹，和二次夹断的报告。
2022-02-13 physics.flu-dyn
Water entry of small disks, cones, or anything
本文提出一种基于修正Bond、Weber和Froude数的统一缩放方法，可准确预测多种撞击体入水时的空腔坍塌机制、夹断时间与深度，证明水动力学特性而非几何形状决定空腔全局行为。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Acoustic Signatures of Pinch-Off Cavities During Water-Entry
College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学船舶工程学院）；Nanhai Institute of Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学南海研究院）；Southampton Ocean Engineering Joint Institute, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学南安普顿海洋工程联合学院）；National Key Lab of Ship Structural Safety, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学船舶结构安全国家重点实验室）
本研究通过实验、数值和理论方法分析了水入口时空腔动态及声学辐射特性，揭示了边界效应影响空腔频率与弗劳德数的关系。
2026-02-27 physics.flu-dyn
Dynamics of Water Entry
与球体的入水相关联的流体动力学可以相对于球体的材料和运动学特性而高度可变。这一系列的五个流体动力学视频说明了几个微妙的，但有趣的变化。第一系列视频对比了亲水性和疏水性球体之间的影响性质，并说明了表面涂层如何影响是否形成空气腔。第二个视频系列说明了旋转和表面处理如何改变入水后的飞溅和空腔形成。由于无滑移条件，旋转的球体导致流体楔形物被吸入腔体中，并遵循弯曲的轨迹。非旋转球体在左半球和右半球上具有两种不同的表面处理：左半球是疏水的，右半球是亲水的。有趣的是，对半球体的空腔形成与旋转球体有许多相似之处，特别是从上面看时。第三个视频系列比较了两个毫米级尼龙球以略有不同的撞击速度（Uo = 40和45 cm/s）撞击;较快的球体完全穿透自由表面，形成空腔，而较慢的球体则没有。第四系列显示了由具有疏水涂层的毫米钢球体以Uo = 600 cm/s冲击形成的细长进水腔的不稳定性。细长的腔沿着其体面形成多个夹断点。最后，具有疏水涂层的毫米钢球以Uo = 350 cm/s的冲击速度破坏自由表面。空腔在表面以下夹断，产生沃辛顿射流，由于瑞利-高原不稳定性而夹断成液滴。
2008-10-15 physics.flu-dyn
On applicability of von Karman's momentum theory in predicting the water entry load of V-shaped structures with varying initial velocity
水陆两栖飞机的水上着陆是一个复杂的问题，由于大的垂直加速度和随之而来的动态响应，可能导致不舒适的乘坐情况和结构损坏。本文通过求解非定常不可压雷诺平均纳维-斯托克斯方程和标准k-Ω湍流封闭模型来研究问题。文中还采用了由冯·卡门动量理论建立的理论解。为了验证垂直初速度与垂直加速度峰值之间的关系，首先给出了二维对称楔形体斜入和三维舱段垂直入的自由降落试验例。最大加速度发生的其他参数，如时间，穿透深度，速度，也进行了评估。为此，研究了水陆两栖飞机水上着陆事件的定量关系。给出了自由面形状和压力分布的详细结果，以显示砰击效应。结果表明，对于二维楔形体、三维舱段和V型船体的水上飞机，最大加速度与初始垂直速度的平方成线性关系。此外，相应的速度和初始垂直速度之间的比率趋于一个恒定的阈值，5/6，从理论解推导出，当在所有三种情况下增加初始垂直速度。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Formulations of Hydrodynamic Force in the Transition Stage of the Water Entry of Linear Wedges with Constant and Varying Speeds
针对水上飞机着水、船体砰击相关理论对二维入水模型的需求，本文数值研究了恒速与变速线性楔形体入水过渡阶段，推导了两类撞击下的水动力公式，提出了适用于5°-70°底升角的砰击与过渡阶段通用水动力表达式。
2022-01-04 physics.flu-dyn
Water entry of small hydrophobic spheres on an axisymmetric wavefield
Brown University（布朗大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Naval Undersea Warfare Center（海军水下战中心）
研究球体撞击带表面波的水面时空气卷入情况，通过分析不同参数下形成的空腔，发现局部界面变形受飞溅幕几何调制影响空气卷入，证明波影响由局部波斜率描述，结合韦伯数和邦德数建立预测框架。
2026-10-08 physics.flu-dyn
A two-dimensional analytical model of vertical water entry for asymmetric bodies with flow separation
考虑了非对称二维物体垂直入水时的分离流动。只要没有流动分离，线性化的Wagner理论与修正的Logvinovich模型相结合，已被证明可以在入水过程中提供计算快速和可靠的砰击载荷估计。Tassin等人（2014年）引入了Fictionary Body Continuation（FBC）概念，作为将Wagner模型的使用扩展到分离流配置的一种方式，但他们只考虑对称体。在本研究中，我们调查的能力，FBC的概念，提供准确的估计砰击载荷的非对称机构。在这种情况下，流动分离可能不会同时发生在主体的两侧。在中间阶段，砰击载荷由局部流分离引起的局部压降和润湿面积的持续膨胀之间的竞争决定。作为该模型的第一个基准，我们考虑了一个倾斜的平板的水进入和比较FBC估计与非线性模型的结果。然后，我们考虑的情况下，箔和比较FBC的结果与计算流体动力学的预测。在这两种情况下，我们发现，FBC模型是能够提供可靠的估计砰击载荷。
2019-09-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fluid dynamics of diving wedges
潜水在入水过程中产生很大的压力，伴随着空腔的产生和从自由水面喷射出的水飞溅。为了尽量减少冲击力，潜水员在冲击时流线型。在这里，我们调查的冲击力和飞溅的演变作为楔打开角的函数的潜水楔。随着楔角的减小，观察到从冲击到平滑进入的逐渐过渡。在浸没之后，潜水楔经受的拖曳力比浸没楔小得多（小两倍）。我们的实验结果相比，有利的现有的力模型后，引入基于几何校正。我们的实验特征的形状的空腔和飞溅所创建的楔形，并发现它们是独立的入口速度在短时间内，但飞溅表现出明显的变化在稍后的时间在形状。我们提出了一个一维模型的飞溅，考虑到重力，表面张力和空气动力学的力量。该模型显示，在与实验数据相结合，飞溅的形状是由一个不稳定的文丘里吸力之间的相互作用，由于飞溅和水面之间的空气冲和稳定的力量，由于表面张力。总之，这些发现可以指导未来的研究，旨在了解和结合应用于工程和生物相关问题的所有阶段的水进入的机制，包括海军工程，疾病传播或平台潜水。
2017-08-08 physics.flu-dyn
Water entry and exit of 2D and axisymmetric bodies
本文致力于发展一个数值模型的水冲击的二维（2D）和轴对称机构与强加的运动。这项工作是第一步，实现了一个2D+T程序用于分析飞机开沟。该问题是在无粘性和不可压缩流体的假设下研究的，这是由一个完全非线性边界条件的自由表面的势流模型建模。非定常边界值问题的自由表面的数值求解通过边界元法，耦合到一个简化的有限元方法来描述射流的最薄的部分。该研究旨在描述进入和退出阶段。具体的数值解的开发，以解决出口阶段，并提高模型的稳定性。结果提出的自由表面形状，压力分布和水动力载荷作用在碰撞体。该模型用于研究二维楔形体和轴对称圆锥体的入水和出水，其数值或实验结果可在文献中找到。数值研究表明，所提出的模型准确地模拟了入口和出口阶段。对于出口阶段，它表明，所提出的模型，是完全非线性的，提供了一个更好的预测的负载和润湿面积相比，简化（分析）的方法。重力的影响，通常在文献中提供的方法中缺失，也进行了研究，显示它们是相当重要的，特别是在出口阶段。
2021-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Parametric study on the water impacting of a free-falling symmetric wedge based on the extended von Karman's momentum theory
本文研究对称楔形体在水中撞击时的峰值加速度。这方面对于安全海上交通工具的设计考虑可能是重要的。本文首先采用有限体积法离散不可压纳维-斯托克斯方程，并采用流体体积法捕捉空气-水界面，对入水问题进行了数值研究。通过与楔形体自由降落入水实验数据的比较，验证了网格尺寸和时间步长的选择。文章的主要原创贡献涉及推导出azmax（以及azmax发生时的相关参数）、初始速度、端升角和楔块质量的关系，该关系基于冯卡门动量理论的变换，该理论扩展为包括堆积效应。堆积系数，这已被证明依赖于的情况下，以恒定的速度入水的死升角，然后研究的自由降落运动和依赖关系的法律从Dobrovol'skaya推导仍然是有效的变化死升角。采用扩展的von Karman动量理论，对初始速度、横升角和质量的较大范围内的运动学参数进行了合理的理论估算，该理论方法是原始von Karman方法和Dobrovol'skaya解的结合，可以推广到预测整个碰撞阶段的运动学参数。
2023-01-30 physics.flu-dyn
Simulating water-entry/exit problems using Eulerian-Lagrangian and fully-Eulerian fictitious domain methods within the open-source IBAMR library
在本文中，我们采用两种实现的虚拟域（FD）的方法来模拟入水和出水问题，并证明他们的能力，以模拟实际的海洋工程问题。在FD方法中，流体动量方程在固体域内使用附加的体积力来扩展，该体积力将结构速度约束为刚体速度。使用此公式，在整个计算域上求解单个方程组。约束力的计算有两种不同的方法：一种是使用浸没边界（IB）方法的欧拉-拉格朗日框架，另一种是使用布林克曼惩罚（BP）方法的完全欧拉方法。两种FSI策略都使用相同的多相流算法，该算法以保守形式求解离散不可压缩Navier-Stokes系统。采用一致的输运格式来对流质量和动量，保证了海洋工程实际应用中高密度比多相流的数值稳定性。对自由下落的楔形体（直的和倾斜的）和圆柱体的例子进行了模拟，并将数值结果与文献中的基准情况进行了比较。
2019-07-03 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Fast and slow resonant triads in the two layer rotating shallow water equations
在本文中，我们研究三重共振旋转浅水系统时，有两个自由界面。这允许在一个相对简单的模式，斜压和正压动力学之间的相互作用的上下文中，也有一个地转模式的检查。与人们研究较多的单层旋转浅水系统相比，我们发现，除了通常的慢地转模态外，现在还有两种快波，一种是正压模态，一种是斜压模态。这一特征允许三重共振发生在三个快波之间，正压和斜压模式的混合，这方面不能发生在一层系统。现在也有两个分支的慢地转模与重复分支的色散关系。的后果进行了探讨，在一个完整的三元组相互作用方程的推导，使用多尺度渐近展开的基础上的一个小振幅参数。推导出的非线性相互作用系数确认使用能量和涡度拟能守恒。这些三元组相互作用方程进行了探讨，重点是小Rossby和弗劳德数的参数制度。
2018-03-05 physics.flu-dyn
Quasi-geostrophic projection of rotating shallow-water equations
本文提出将准地转方程作为旋转浅水方程的投影，使用相同预报变量，便于直接获取非地转速度，并借助统一离散化研究两者差异，通过涡旋剪切不稳定性和双环流配置展示。
2024-03-15 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Symmetries and exact solutions of the rotating shallow water equations
利用Lie对称分析方法研究了非线性旋转浅水波方程。找到了该模型所承认的点对称的9维李代数，证明了旋转浅水方程组与经典浅水方程组在变量变换下的联系。导出的对称性用于生成旋转浅方程的新的精确解。特别地，构造并研究了一类新的具有拟闭粒子轨道的时间周期解。对称约化方法也被用来获得一些不变的解决方案的模型。这些解决方案的例子提出了一个简短的物理解释。
2008-08-11 math-ph math.AP math.MP
Comparison of variational balance models for the rotating shallow water equations
我们对一系列适合于旋转浅水方程的半地转极限的平衡模型进行了广泛的数值比较，这些平衡模型是由Oliver（2006）中的变分渐近法推导的，适用于小Rossby数${\mathrm{Ro}}$。这类广义大尺度半地转（GLSG）模式包括Salmon（1983）提出的$L_1$模式作为特例。我们使用这些模型来产生平衡的初始状态的完整的浅水方程。然后，我们数值研究如何以及这些模型捕获初始平衡的浅水流的动态。结果表明，而$L_1$ -成员的GLSG家庭是能够再现平衡动力学的充分浅水方程的时间尺度上的${\mathcal{O}}(1/{\mathrm{Ro}})$很好，所有其他成员开发显着的非物理高波数的贡献，非地转涡度破坏的动力学。
2017-05-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Water Entry Dynamics of Superhydrophobic and Lubricant-Impregnated Surfaces: A Theoretical and Experimental Perspective
本文通过实验和理论方法研究超疏水与润滑剂浸渍铝球撞击液面的动力学，分析射流、空腔及减阻效应，为流体润滑和表面工程提供见解。
2025-08-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Variational derivation of a moist thermal rotating shallow water model
通过变分原理，基于焓的拉格朗日量，推导了一个能量守恒的湿热带旋转浅水模型，并推广至非静力Green-Naghdi方程。
2026-06-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A noise reduction method for force measurements in water entry experiments based on the Ensemble Empirical Mode Decomposition
本文提出了一种基于EEMD（Encouragement Empirical Mode Decomposition）的去噪策略，用于去除飞机紧急迫降缩比模型试验中测得的非平稳信号中的背景噪声。在12 m/s的恒定水平速度和0.45 m/s的冲击开始时的垂直速度下进行开沟试验。测量数据受到大幅度宽带噪声的影响，该噪声具有机械和电子两种来源。噪音源无法轻易避免或消除，因为它们与牵引车结构的振动以及测量链和电磁场之间的相互作用有关。EEMD降噪方法基于将信号分解为模式，并基于使用残余、信号主导模式和用阈值技术处理的一些进一步模式的部分重建，这有助于保留信号的一些尖锐特征。该策略首先在具有叠加且已知背景噪声的合成信号上开发和测试。当机身在空中移动时，通过测量作用在机身上的惯性力来验证该方法，因为在这种情况下，附加质量可以忽略不计，去噪力应等于质量与加速度的乘积，两者都是已知的。最后，该程序被应用到实际开沟实验过程中测得的力去噪。结果优于其他经典的滤波方法，如移动平均滤波器和低通FIR滤波器，特别是由于增强的EEMD去噪策略的能力，在这里开发，以保持尖锐的特征的信号，并减少残留的低频振荡的杂散来源。
2022-01-05 eess.SP physics.flu-dyn
Shallow water equations on a fast rotating surface
我们证明了对于具有变Coriolis参数和Rossby数和Froude数为零的旋转曲面上的旋转浅水方程，其经典解在固定时间区间上满足一致估计，且不依赖于小参数.当使用与大算子相关联的解算子进行变换时，解强烈收敛到给出的控制方程的极限。我们还刻画了大算子的核，并定义了到该核的投影。利用这些工具，我们能够表明，时间平均的解决方案是接近的纬向流和高度场的非依赖性。
2019-07-19 math.AP math.DS physics.ao-ph
Nonlinear theory of magnetohydrodynamic flows of stratified rotating plasma in two-layer shallow water approximation. Rossby waves and their three-wave interactions
本文研究了在垂直外磁场中自由表面的引力场中天体物理等离子体薄层的旋转磁流体动力学流动。在两层浅水近似下，将等离子体分为两层不同密度的介质，在外加磁场中得到磁流体动力学方程。在β平面近似下，得到了外磁场中旋转分层等离子体的浅水方程组。对于垂直或水平磁场形式的稳定初始条件，已经发展出线性理论，并且已经找到了磁Rossby波形式的解，并对它们进行了修改，以描述分层效应。色散曲线的定性分析表明，存在三波非线性相互作用的磁Rossby波的每个固定的解决方案。参数不稳定性的外观和他们的增量被发现。
2019-07-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Quantum geometry of the rotating shallow water model
City College, City University of New York（纽约市立学院）；CUNY Graduate Center（纽约市立大学研究生中心）；University of Georgia（佐治亚大学）
本文通过计算旋转浅水方程的量子几何张量，揭示其波带的几何结构和拓扑特性，并提出通过旋转水槽实验探测该几何的可行方法。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lie symmetries and similarity solutions for rotating shallow water
本文研究一个描述旋转浅水的非线性偏微分方程组，其流体具有任意常数多变指数$γ$。在我们的分析中，我们应用微分方程的对称性理论，我们确定我们研究的系统在五维李代数下是不变的。所承认的李对称性形成$γ\neq 1$的$\left\{ 2A_{1}\oplus _{s}2A_{1}\right\} \oplus _{s}A_{1}$李代数和$γ=1$的$2A_{1}\oplus _{s}3A_{1}$李代数。利用Lie对称性推导出相应的零阶Lie不变量，将偏微分方程组化为常微分方程组的可积系统。对于所有可能的减少代数或封闭形式的解决方案。行波和缩放的解决方案也被确定。
2019-06-03 math-ph math.AP math.MP
Rotating Shallow Water Dynamics: Extra Invariant and the Formation of Zonal Jets
我们发现，旋转浅水动力学具有近似（绝热型）正二次不变量，它不仅存在于中纬度地区（在准地转方程中的类似物已经被研究过），但在赤道附近（准地转方程是不适用的）。导出额外的不变量，我们发现两种“小扰动”：（1）由于三重共振（如在准地转方程的情况下）和（2）由于赤道极限，当Rossby变形半径变得无限大。我们表明，这两种类型的“小的干扰”可以被取消。额外不变量的存在可以导致纬向喷流的产生。我们发现，这种趋势在赤道附近尤其明显。类似的不变量发生在磁约束的聚变等离子体中，并可能导致带状流的出现。
2011-02-04 cond-mat.other physics.ao-ph physics.flu-dyn
Topology of shallow-water waves on the rotating sphere
研究旋转球面上浅水波谱的拓扑性质，发现谱流净模态数为零，与松野谱不同，并归因于β平面近似下零点误计数，弯曲度量揭示的简并点携带陈数-1。
2024-11-09 astro-ph.EP cond-mat.mes-hall physics.ao-ph
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
An Asymptotic-Preserving Dual Formulation Finite-Volume Method for the Thermal Rotating Shallow Water Equations
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文提出一种新的第二阶渐近保持双形式有限体积方法，用于解决热旋转浅水方程的多尺度问题，通过同时求解守恒与非守恒形式，提升不同流动 regime 的适应性。
2026-04-28 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Inverse Transfer and Coherence in Rotating Stratified Flow with Clouds and Phase Transitions
Shanghai University of Finance and Economics（上海财经大学）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究具有云和相变的旋转分层流中的逆传输与相干性，通过对含布辛涅斯克动力学核心模型随机强迫数值计算，分析能量传输，发现旋转和分层项主导，固定参数下能量传输速率降低，还探讨了相边界等之间的统计关系。
2026-07-10 physics.flu-dyn
A fully nonlinear iterative solution method for self-similar potential flows with a free boundary
提出了一种求解具有自由边界的自相似流完全非线性边值问题的迭代解方法。具体而言，该方法是开发应用到水的进入问题，可以研究的假设下，一个理想的和不可压缩的流体可以忽略不计的重力和表面张力的影响。该方法是基于一个伪时间步进程序，它使用边界积分方程法的拉普拉斯问题的解决方案，在每次迭代的速度潜力。为了证明的灵活性和能力的方法，几个应用程序：经典的楔形入口问题，这也是用于验证的方法，块沿倾斜的海床滑动，垂直水进入平板和开沟的倾斜板。该解法也适用于物体表面是多孔或穿孔的情况。与文献中的数值或实验数据的比较，验证的目的。
2013-01-19 math-ph math.MP nlin.CD
Thin Film Motion of an Ideal Fluid on the Rotating Cylinder Surface
得到了描述旋转圆柱表面薄液膜运动的浅水方程。这些方程是浅水修正Boussinesq方程和Korteweg-de Vries方程的类似物。显然，对于旋转的圆筒，离心力起着重力的作用。浅水波方程（振幅方程）的构造采用了通常的深度平均和多尺度渐近展开方法。初步分析表明，理想不可压缩流体的薄膜绕圆柱轴以不同于旋转圆柱的角速度的速度旋进。对于液膜运动的数学模型，用双曲正切函数法求出了解析解。为了说明方程的可积性，使用Painleve分析。截断展开方法和符号计算允许呈现自动Backlund变换。分析结果表明，该模型的精确解对应于不同类型的孤立波。
2013-03-10 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Topology of rotating stratified fluids with and without background shear flow
本文研究背景正弦剪切流对旋转浅水方程和连续分层原始方程拓扑的影响，证明庞加莱波相位奇点在剪切下依然存在，从而解释了赤道 Kelvin 波和 Yanai 波在剪切流中的持续存在。
2023-07-19 cond-mat.mes-hall physics.ao-ph 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
Experimental investigation of the wake behind a rotating sphere
在低速水洞中，利用激光诱导荧光（LIF）显示技术和粒子图像测速（PIV）技术，对绕流向轴旋转的球体后的尾迹进行了实验研究。测量的重点是根据两个控制参数，即雷诺数$Re$和无量纲旋转或涡流率$Ω$，这是物体的最大方位角速度与自由流速度的比值出现的流态的演变。在目前的调查中，我们涵盖的范围$Re$小于400和$Ω$从0和4。在（$Re$，$Ω$）参数平面中，给出了轴对称流、低螺旋状态和高螺旋模式等不同的尾流状态。
2017-12-13 physics.flu-dyn
Scattering of surface shallow water waves on a draining bathtub vortex
在线性近似下，我们研究了长波对中心有排水沟的浅水盆地中轴对称流的散射。这个经典问题可以看作是旋转黑洞上的波散射模型。对于低频解析解导出来描述两个纯位扰动（表面重力波），扰动与非零位涡。对于中等频率，这样的解决方案得到数值和图示。结果表明，扰动动力学过程有两个过程，即中心涡对入射重力波的散射和位涡激发的重力波的发射。讨论了它们联合行动的一些方面。
2019-05-14 physics.flu-dyn
Fully implicit timestepping methods for the rotating shallow water equations
本研究探索了利用重叠Additive Schwarz方法求解旋转浅水方程的全隐式Runge-Kutta时间步进，通过Irksome包实现，并以ARk2方案为基准评估其精度与效率，初步验证其在大气海洋模拟中的可行性。
2025-10-15 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Laboratory Exploration of Heat Transfer Regimes in Rapidly Rotating Turbulent Convection
我们报告在实验室实验中的传热和温度分布测量的快速旋转对流在强烈的热强迫（瑞利数$Ra$高达$\sim 10^{13}$）和前所未有的强大的旋转影响（Ekman数$E$低至$10^{-8}$）下的水。中层高度的垂直温度梯度的测量定量连接到渐近快速旋转对流的数值模型的预测，分离各种流动现象。过去的渐近简化模型的有效性的限制，我们发现新的行为在一个政权，我们称之为旋转影响的湍流，旋转是重要的，但不占主导地位，因为在已知的地转湍流制度。在这种新的状态下，温度梯度坍缩成瑞利数标度为$Ra^{-0.2}$。它是有界的从上面的临界对流Rossby数$Ro^*=0.06$独立域纵横比$Γ$，清楚地区分它从充分研究的旋转影响的对流。
2020-09-17 physics.flu-dyn
Convection in rotating flows with simultaneous imposition of radial and vertical temperature gradients
通过实验研究了非均匀加热流体环空中沿垂直轴（z）旋转时的传热特性。通过施加径向和垂直方向的温度梯度（ΔT）实现了非均匀加热。本研究的参数范围为瑞利数Ra=2.43x10^8-3.66x10^8，泰勒数Ta=6.45x10^8-27x10^8。工作流体是具有普朗特数Pr=7的水。对于固定的ΔT值，测量了不同旋转速率（Ω）的热传递。的努塞尔数，Nu，作为Ta的函数绘制清楚地显示了旋转对热传输的影响。在一般情况下，Nu被发现有一个较大的值为非旋转对流。这可能意味着在我们的系统中，柱状羽流和斜压波的相互作用，从温度测量中也可以看出。在单个垂直平面上的基于激光的成像也显示了这种流动结构的证据。
2016-10-24 physics.flu-dyn
Rotating shallow water equations with bottom drag: bifurcations and growth due to kinetic energy backscatter
研究带f平面近似和非线性底阻尼的旋转浅水方程在全空间引入动能后向散射源项后的影响，发现后向散射会引发非预期的放大和选择效应，减小线性底阻尼会导致平凡流失稳并产生地转平衡和惯性重力波等非线性流，且伴随超临界分岔与异常标度律。
2023-04-27 math.AP math.DS physics.flu-dyn
Thermovelocimetric Characterization of Liquid Metal Convection in a Rotating Slender Cylinder
本研究采用新型热测速技术表征细长圆柱内液态镓的旋转Rayleigh-Bénard对流，发现低超临界度下的m=2大尺度涡旋结构，提出壁模态与主体流作用的形成机制，为低普朗特数旋转对流湍流耦合效应提供新见解。
2024-10-04 physics.flu-dyn
A new engineering theory describing oblique free surface impact by flexible plates
本文针对柔性板斜向入水砰击问题，利用隐式分区流固耦合模拟揭示冲击力与变形机制，并提出一种新的简化工程理论。
2021-11-02 cs.CE cs.NA math.NA
Contactless transfer of angular momentum by rotating laser beam
实验研究了旋转激光束与固体靶之间角动量的非接触传递。在浸没在水中的玻璃碳靶上照射脉冲激光束，沿圆形轨迹扫描靶表面，观察到这种效应。在靶上方的液体层厚度较小时，靶旋转方向与激光束的方向一致，而在液体层厚度较大的情况下，靶旋转方向与激光束的方向相反。这种效应被解释为激光加热引起的液体中的热毛细流动和对流流动之间的相互作用。
2014-07-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph physics.optics
Polygons on a Rotating Fluid Surface
我们报告了一个新颖的和壮观的不稳定性的流体表面在旋转系统。在由部分填充的静止圆柱形容器的底板旋转驱动的流动中，自由表面的形状可以自发地打破轴对称，并呈现以不同于板的速度刚性旋转的多边形的形式。对于水，我们观察到多边形最多有6个角。多年来，人们已经知道这种流动倾向于对称性破缺，但显然多边形表面形状从未被观察到。在一个类似的设置旋转内波的创建被观察到低得多的旋转速率，其中的自由表面保持基本平坦。我们推测，不稳定性是由强大的方位角剪切，由于固定的墙壁，它是由旋转板的微小摆动触发。轻微的不对称性导致板和多边形之间的锁模趋势，其中板每旋转一整圈，多边形就旋转一个角。
2005-11-30 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Waves on a vortex: rays, rings and resonances
本文研究了无旋排水涡对水面波的散射。在小的深度，这个系统是一个旋转的黑洞的数学模拟，可以用来模拟它的一些特殊现象。利用射线追踪方法，我们展示了在任意深度的涡周围的不稳定轨道的存在。这些轨道类似于黑洞的光环。我们表明，这些轨道来对，一个同向旋转和一个反向旋转，在一个临界半径，随频率而变化。我们推导出一个明确的公式，在深水区的半径。我们的方法进行了验证，与最近的实验数据从wavetank实验。最后，我们认为，这些环将产生一组离散的阻尼共振，我们的特点，并可能在未来的实验中观察到。
2018-10-22 gr-qc physics.class-ph physics.flu-dyn
Scale-up of Dry Impregnation Processes for Porous Spherical Catalyst Particles in a Rotating Drum: Experiments and Simulations
本研究针对转鼓中多孔催化剂颗粒干浸渍过程的放大问题，通过考虑五个无量纲数并结合离散元方法模拟与实验，开发了适用于不同容器尺寸的放大模型，有效改善了流体分布与液体含量的均匀性。
2023-07-26 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Measurement of angular momentum transport in turbulent flow between independently rotating cylinders
我们提出了测量的角动量通量（扭矩）在泰勒-库埃特流动的水独立旋转的圆柱之间的$\(Ω_1, Ω_2\)$参数空间的所有区域在高雷诺数，其中$Ω_1$ $\(Ω_2\)$是内（外）圆柱角速度。我们发现，Rossby数$Ro = \(Ω_1 - Ω_2\)/Ω_2$完全确定的状态和扭矩$G$相比，$G(Ro = \infty) \equiv \Gi$。比率$G/\Gi$是参数空间的四个部分中的$Ro^{-1}$的线性函数。对于具有径向增加的角动量的流动，我们测量的扭矩大大超过先前实验的扭矩[Ji \textit{et al.}，Nature，\textbf{444}，343（2006）]，但与Richard和Zahn的分析一致[Astron. Astrophys.，\textbf{347}，734（1999）]。
2010-11-15 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rotating black holes in a draining bathtub: superradiant scattering of gravity waves
在旋转流体流背景下，表面扰动在旋转的有效黑洞时空中表现为标量场。我们提出了一个新的模型的背景流，考虑到不同的深度的水。数值积分的相关Klein-Gordon方程使用可访问的实验参数表明，重力波在适当的频率范围内被放大，通过超辐射的机制。我们的数值结果表明，在一个共同的流体力学系统中观察到这种现象是在实验范围内。与Kerr黑洞周围的波散射只依赖于一个无量纲的背景参数（比角动量与黑洞质量之比$a/M$）的情况不同，我们的系统依赖于两个无量纲的背景参数，即有效黑洞视界处的归一化角速度和表面引力.
2015-06-05 gr-qc physics.flu-dyn
Buoyancy driven rotating boundary currents
边界流的结构形成从中等密度的水引入到一个旋转的，稳定分层的，两层的环境中进行了一系列的实验室实验，弗劳德数范围从0.01到1。准恒定电流的厚度和流向速度分布测量使用pH激活示踪剂（百里酚蓝），并发现比较有利的简化的解析解和数值模型。在分层背景中沿倾斜边界流动的电流在所有实验弗劳德数下都表现出鲁棒稳定性。这种稳定性与这种水流在垂直边界上流动或在均匀背景下沿斜坡流动的明确不稳定性形成鲜明对比。周围介质中存在的各种波动机制，通过波辐射对扰动的阻尼作用，可能解释了观测到的结构和海流的稳定性。
1997-07-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Geometry of shallow-water dynamics with thermodynamics
我们回顾了IL $^0$ PE模型的几何结构，这是一个具有可变浮力的旋转浅水模型，因此有时也称为“热”浅水模型。首先讨论了刚体动力学的欧拉-庞加莱方程和系统的广义哈密顿结构。然后，我们揭示了IL $^0$ PE的类似几何结构。我们特别指出，在忽略磁场（$\vec{\mathrm B} = 0$）和设置$U(ρ,s) = \frac{1}{2}ρs$（其中$ρ$是质量密度，$s$是单位质量熵）的情况下，可以从Morrison和Greene（1980）的系统推导出模型方程及其（Lie-Poisson）哈密顿结构。这些变量分别在IL $^0$ PE中起到层厚度（$h$）和浮力（$\t$）的作用。包括在附录中是一个明确的证明雅可比身份所满足的泊松括号的系统。
2021-06-15 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
