Pressure beneath a periodic travelling water-wave in constant-vorticity flow over a flat bed
University of Vienna（维也纳大学）；Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics (RICAM)（约翰·拉登计算与应用数学研究所）
在线性理论框架下，研究了恒定涡度流中平坦底床上的规则波列的总压力（水动力压力）和动压力行为，发现非零涡度会显著改变动压力极值的位置，且涡度虽不改变水动力压力随深度增加的趋势，但会改变固定深度处水动力压力极值的位置。
2026-07-23 math.AP physics.flu-dyn
Dynamic flows create potentially habitable conditions in Antarctic subglacial lakes
南极冰盖下有400多个冰下湖泊，这些湖泊被认为是微生物生命的极端，孤立但可行的栖息地。冰下湖泊的物理条件对于评估生命如何以及在哪里最好地存在至关重要。在这里，我们提出，地球的地热通量提供了有效的搅拌南极冰下湖水。我们证明，大多数湖泊是在一个制度的剧烈湍流垂直对流，使悬浮的球形颗粒直径达36微米。因此，动态条件支持有效混合的营养和氧富集融水来自覆盖的冰，这是必不可少的生物群落的支持内的水柱。我们警告说，积冰分析不能总是用作薄冰盖（<3.166公里）下湖泊水取样的替代，因为稳定层将混合良好的散装水与可能发生冻结的冰水界面隔离开来。
2021-02-19 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Crawling beneath the free surface: Water snail locomotion
陆地蜗牛通过粘性运动进行移动。通过肌肉收缩和足部扩张，它们将剪切应力波通过一层薄薄的粘液传递到固体基底上。由于自由表面不能支持剪切应力，粘附运动是不是一个可行的推进机制的水蜗牛旅行下的自由表面倒置。然而，淡水蜗牛Sorbeoconcha physidae的运动让人想起它的陆地同行，由蜗牛脚的波动产生，蜗牛脚与自由表面被一层薄薄的粘液隔开。在这里，一个润滑模型被用来描述在小幅度的界面变形的限制下的粘液流。通过假设蜗牛脚的形状是一个行波正弦波和粘液是牛顿的，得到的接口形状的演化方程和蜗牛上的所得推进力计算。这个推进力被发现是非零的毛细管数的中等值，但在高和低毛细管数的限制消失。在物理上，这种力的产生是因为蜗牛的脚使自由表面变形，从而在耦合到脚的形貌的粘液层内产生曲率压力和润滑流动。
2008-06-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The dynamic pressure in deep-water extreme Stokes waves
本文研究深水极端Stokes波中的动压力。虽然驻点的存在引入了一些数学上的复杂性，最大值原理被应用于分析流体中的动态压力通过切除过程。结果表明，沿任意流线，动压力在波峰以下达到最大值，在波谷以下达到最小值，而沿远离波峰线的方向减小。
2017-09-08 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Flow Structures Beneath Stationary Waves with Constant Vorticity Over Variable Topography
本文研究变地形下常涡量定常波下方流动结构，基于改进的Dyachenko等保角映射技术数值分析凸起与凹坑地形，发现波峰下鞍点、凹陷孤立波下中心及底边界压力全局极小等独特特征。
2025-01-29 physics.flu-dyn
The effect of normal electric fields on the Stokes drift
本研究通过共形映射数值模拟，探讨了法向电场作用下介电流体周期性行进无旋波下方的Stokes漂移，发现电场变化影响粒子速度但不改变轨迹形状，且动能随深度变化规律与水波流一致。
2025-07-16 physics.flu-dyn
On the stability of the laminar boundary layer beneath a Stokes wave
利用非定常流的“瞬时”不稳定性准则研究了深水中Stokes波层流边界层流的线性稳定性（Blondeaux和Seminara，1979）。在所研究的参数范围内，发现流动对二维扰动是稳定的。最不稳定的本征模的Orr-Sommerfield频谱下的斯托克斯波的边界层达到其最大值。此外，相关的伪谱的分析表明，由于Orr-Sommerfeld算子的非正态性，当被不完善修改时，层流是不稳定的，并且不稳定的伪本征模倾向于在边界层内达到峰值。Stokes波的层流对于3-D流向独立扰动也是稳定的。对于有缺陷的层流，观察到了不稳定性。相关的不稳定伪本征模是类似于朗缪尔单元的流向涡卷。斯托克斯波的层流边界层流动似乎对无穷小扰动是稳定的，但它可能对有限扰动是不稳定的，如在Poiffille管流中。目前的结果是支持最近的实验证据的自发发生的湍流下的非受迫非破表面波。
2022-01-07 physics.flu-dyn
Exact solutions for small-amplitude capillary-gravity water waves
我们提出了显式解的常微分方程组描述的小振幅毛细重力波下的颗粒的运动，传播的表面上的无旋水流与平底。所需的计算涉及第一类椭圆积分，勒让德规范形式和可解的第二类阿贝尔微分方程。
2011-06-20 math-ph math.MP physics.flu-dyn
The characteristic rupture height of the mediating air film beneath an impacting drop on atomically smooth mica
在撞击过程中，液滴在接触表面之前，必须先置换其下方的空气。在很宽的撞击速度范围内，空气被压缩成一层薄膜，减缓液体向表面的前进。低于临界撞击速度时，空气膜保持完整;液滴从空气膜上反弹而不接触。超过这个临界冲击速度，液滴总是接触。接触形成的开始经由拓扑转变发生，由此最初连接的气体域破裂，并且形成液体毛细管桥，将液滴结合到表面。在这里，我们探测这种过渡的详细周围的临界冲击速度，使用校准的全内反射（TIR）显微镜，以监测高速在冲击过程中的气膜轮廓。观察到两种空气膜破裂模式：成核接触，这是孤立的，不对应于全球最小的空气膜厚度，和自发接触，总是发生在一个环上的影响轴上的空气膜达到其全球最小值为中心。我们的测量结果表明，对于超过临界速度的接触引发的冲击速度，空气膜破裂在几乎相同的高度h min ~ 20 nm，两种流体-硅油和水甘油混合物。接触前的空气膜的高度和持续时间，超过180液滴冲击实验分析，是一致的线性不稳定性驱动的范德华力。水溶液液滴的冲击事件显示出不同的统计接触成核比硅油，然而，一个临界的冲击速度以上的接触总是发生确定为两种液体。
2023-02-24 physics.flu-dyn
A structure preserving stochastic perturbation of classical water wave theory
在流体问题的运动方程中加入随机项，使得数值计算无法解决的过程可以用统计表示。在这里，我们推导出随机方程的表面重力波的行为，使用的方法，其目的是保持的几何结构的方程的流体运动的表面下。在这样做时，我们发现一个随机方程的速度势的演变，更重要的是，证明了水波动动力学的随机方程具有哈密尔顿结构，这反映了扎哈罗夫发现的确定性理论。这涉及到速度场的扰动，与确定性速度不同，它不需要是无旋的问题。
2023-02-17 math.DS physics.flu-dyn
The pressure in a deep-water Stokes wave of greatest height
在本文中，我们调查的压力函数下的一个极端的斯托克斯波在无限深的定性行为。在极端斯托克斯波的波峰处存在驻点，这引入了许多数学困难，导致自由表面轮廓的不规则性。我们将证明，除了沿这些线本身的压力相对于水平坐标是静止的以外，在波峰线和随后的波谷线之间的水平方向上，压力是减小的。此外，我们将证明，压力严格增加的深度在整个流体。
2015-08-27 math.AP physics.flu-dyn
Reynolds-number evolution of wall-pressure statistics beneath canonical turbulent boundary layers
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）
本研究探究零压力梯度湍流边界层下方壁面压力统计的雷诺数演化，揭示其与大尺度运动的关联，明确内尺度与中/大尺度的不同雷诺数特性及对应的相干结构。
2026-09-03 physics.flu-dyn
Solitary waves on flows with an exponentially sheared current and stagnation points
虽然有几篇文章是关于恒定涡量流动中的水波的，但人们对非恒定涡量对流动结构的影响程度（如驻点的出现）知之甚少。为了阐明这一问题，我们详细研究了指数衰减剪切流中孤立波传播下的流动。我们的重点是数值分析的出现停滞点。为此，我们通过经典的Korteweg-de Vries渐近展开近似流体体积内的速度场，并使用Matlab语言来评估所得到的流函数。我们的研究结果表明，波下的流动可以有零，一个或两个停滞点的流体。我们还研究了这些流量之间的分歧。我们的模拟表明，驻点出现从一个尖锐的角落流线。
2022-05-17 physics.flu-dyn
Wave-induced drift in third-order deep-water theory
Faculty of Civil & Environmental Engineering, Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院土木与环境工程学院）
本文研究了深水单向波中粒子运动的第三-order非线性效应，重点探讨了Stokes漂移与直接计算的粒子轨迹关系，通过数值积分分析了单、双及多谐波海况下的漂移现象。
2026-03-11 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}$缩放，这意味着随着速度增加，腔体内的压力降低决定了表面密封动态。我们还报告了从深层密封到表层密封的过渡，其中密封时间的缩放更像是深层密封。部分拉离，在腔表面上的波纹，和二次夹断的报告。
2022-02-13 physics.flu-dyn
On a unified breaking onset threshold for gravity waves in deep and intermediate depth water
我们重温经典的，但尚未解决的问题，预测打破发病的二维和三维无旋重力水波。这项研究的重点领域与平坦的海底地形和条件范围从深到中等深度（深度波长比从1到0.2）。我们的计算基于一个完全非线性的边界元模型调查几何，运动学和能量的差异之间的最大经常性和边缘碎波聚焦波群。最陡的非破碎（最大经常性）波从轻微的碎波明显分开，其归一化的能量通量位于波峰区域附近。在表面上，这降低到能量通量速度（这里是流体速度）与演化组中最高波的波峰点速度的局部比率。这为在从深到中间的均匀水深中传播的2D和3D波包的破裂起始提供了鲁棒的阈值参数。发现在断裂事件之前的载波波周期的五分之一检测到即将断裂开始的警告。
2017-04-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Hydration lubrication of polyzwitterionic brushes leads to nearly friction- and adhesion-free droplet motion
近年来，在疏油超疏油表面的设计和应用方面取得了很大的进展。聚两性离子刷表面特别令人感兴趣，因为它们即使在没有微米/纳米结构的情况下也能够在水下排斥油。这种水下超疏油性的起源是由于油滴下面存在稳定的水膜，但这还没有得到实验证明。在这里，使用光学干涉技术，我们表明，油滴有效地水上飞机在水膜，其厚度为100和数百纳米之间。此外，使用定制的液滴力装置，我们测量的摩擦力和粘附力在nN范围内的毫米级液滴。这些力远低于其他类型的公知的液体排斥表面，包括莲花效应和润滑剂注入表面，其中典型的力为$μ$ N的量级
2019-07-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle Trajectories Beneath Fully Nonlinear Waves Generated by Horizontal Seabed Motion
UFPR/Federal University of Paraná（巴拉那联邦大学）；School of Sciences and Engineering, Universidad del Rosario（罗萨里奥大学理学院）；Sección Matemáticas, Departamento Académico Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú（秘鲁天主教大学科学学术部数学组）
本文提出一种拉格朗日公式，在时间依赖共形域中计算水平海床运动产生的完全非线性波下的粒子轨迹，并揭示粒子运动主导机制随弗劳德数的转变。
2026-09-28 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Wetting Splashing
我们目前的流体动力学视频说明润湿飞溅产生的水滴在高冲击速度（$\sim 3$ ms $^{-1}$）的疏水微结构上的冲击。该基材由正方形或六边形晶格的规则和透明的微观纹理组成，产生高接触角的$\sim 150 ^\circ$。我们的高速顶视图或仰视图记录通过透明表面揭示了固体-液体-空气界面的影响。尽管网格状微柱具有超疏水性（周期为10 μm），但水滴润湿了某个中心区域，并且在液滴下方捕获了气泡。在高冲击速度下，空气向外飞溅时，除中心湿区外，还形成了薄层冲浪。还研究了微图案和空气压力对撞击结果的影响。我们发现，微观边界条件，施加的固体纹理，深刻地影响宏观流动动力学超疏水表面在高冲击速度。此外，液体和固体之间的空气在定向飞溅中起着至关重要的作用，这可以通过降低空气压力来消除。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Measurements of Sub-Surface Velocity Fields in Quasi-2D Faraday Flow
法拉第波是在受到垂直振动的流体表面上形成的毛细波纹。虽然众所周知，波图案的形式和形状取决于驱动振幅和频率，但只有最近的研究才发现在表面存在水平速度场，称为法拉第流，其表现出二维湍流的属性。然而，尽管法拉第流和其他非严格二维系统中的逆能通量越来越受到关注，但对流体表面下的速度场却知之甚少。在这项研究中，平面速度场测量的粒子图像测速仪（PIV）具有高的空间和时间分辨率的水面上，并低于it.a突然下降的速度观察到立即低于水面，这样，在水面以下5毫米的平均绝对速度已经是约6.5倍小于表面速度。此外，表面下的流动结构被发现包括更大的空间尺度比那些在表面上。这些大的结构也被发现是缓慢的，暂时持久的，证明了分析的速度场的自相关性在时间上。
2020-08-18 physics.flu-dyn
Experimental investigation of the water exit of the accelerating circular cylinder
本研究通过高速PIV实验，系统研究了恒定加速度下圆柱体出水过程中的涡旋动力学，发现环量增长遵循冲量标度，且轨迹主要垂直，为出水涡旋提供了系统框架。
2025-09-09 physics.flu-dyn
Modifications of SPH towards three-dimensional simulations of an icy moon with internal ocean
本文改进SPH方法，通过修正黏性、采用DISPH、实现表面辐射冷却并引入相变状态方程，以支持含内部海洋冰卫星的三维潮汐加热与演化模拟。
2024-10-27 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph
A framework for modelling linear surface waves on shear currents in slowly varying waters
我们提出了一个理论和数值框架-我们称之为直接积分法（DIM）-简单，高效和准确的评估表面波模型允许存在的任意深度依赖的电流，水深和环境电流可能会在水平方向上缓慢变化。在水平恒定水深和剪切流的DIM数值评估线性表面波的色散关系到任意精度，我们认为，为此目的，它优于两个现有的数值程序：分段线性近似和方法由于\textit{Dong \& Kirby} [2012]。此外，DIM以很少的额外成本产生完全线性化的流场。我们实现了DIM数值与标准数值方法的迭代。DIM在海洋环境中的广泛适用性在四个方面。首先，我们展示了DIM如何允许\textit{Quinn et al.} [2017]最近导出的波作用守恒方程的实际实现。其次，我们演示了DIM如何轻松处理现有方法难以解决的情况，即速度剖面$\mathbf{U}(z)$随垂直坐标$z$改变方向，以及强剪切剖面。第三，我们使用DIM计算和分析了近地表风驱动指数切变流作用下二维环形波下的全线性流场，揭示了与无切变流相比的显著的定性差异。最后，我们证明，DIM可以是一个真正的竞争对手，分析色散关系近似，如\textit{Kirby \& Chen} [1989]，甚至波/海洋建模。
2019-01-18 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
Recovering water wave elevation from pressure measurements
从海底压力测量值重建水波高程是海岸应用的重要问题，但对应于一个困难的数学问题。在本文中，我们提出了一种方法，它允许在中间和浅水水波高程重建的推导。从数值欧拉解和波浪水槽实验的比较，我们表明，我们的非线性方法提供了更好的结果相比，通常用于沿海应用的线性传递函数方法的表面高程重建。更具体地说，我们的方法准确地再现了峰值和歪斜的非线性波场的形状。因此，它特别适用于极端波浪和波浪引起的泥沙输运。
2017-09-19 physics.flu-dyn
A theoretical study of the air-sea drag-saturation in very strong winds
本文的目的是为强风条件下阻力系数的饱和提供理论解释。所考虑的流体动力学模型考虑到了水面上方薄层中空气中水滴的重要影响，这些水滴实际上表现为水和空气之间的不同流体。在这一层以上，模型与海上强风的对数风廓线相结合。控制阻力系数行为的主要潜在机制是水面上毛细波的Kelvin Helmholtz不稳定性和沿中间界面的剪切应力的连续性。
2022-12-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Breakup of oil slicks on wavy water surfaces
本研究提出水波运动在溢油扩散早中期影响显著的假设，通过薄膜近似证明水波促进浮油扩散、快速降低油膜厚度，该机制作为乳化前驱可加速溢油分散为乳状液滴。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Meniscus-Driven Modulation of Surface Wave Transmission Across Barriers
University of Mississippi（密西西比大学）
本研究探讨了膜层效应如何调制表面波传输过障碍物，通过实验和模拟揭示了膜层变形与表面弯曲对传输的影响及频率和接触角的依赖关系。
2025-04-15 physics.flu-dyn
The Effect of Horizontal Shear on Extracting Water Currents From Surface Wave Data
本文分析了水平剪切对基于表面波色散提取水流的影响，发现高度定向波谱在视场内水流变化达10%时会产生强烈偏差，并提出了发现偏差的实际步骤。
2024-08-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Faraday waves covered by a viscoelastic sheet
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
研究通过法拉第波测量自由浮动粘弹性覆盖物的水弹性响应，探讨覆盖物厚度对波的水弹性色散关系、阻尼和各向异性的影响，发现实验结果与理论色散关系存在显著差异，归因于膜面内张力的增加。
2026-05-18 physics.flu-dyn
A unified breaking onset criterion for surface gravity water waves in arbitrary depth
我们研究了Barthelemy等人（2018）破碎波起始预测框架在任意水深（包括不同水深的浅水破碎）中的有效性和稳健性。我们表明，Barthelemy等人（2018）的破碎起始标准，他们在深水和中等水深进行了验证，也将浅水中的破碎波峰与非破碎波峰分离开来，随后的破碎总是遵循他们提出的通用破碎阈值。我们考虑了一些有代表性的波类型，包括规则，不规则，孤立波，和聚焦波，浅滩在理想化的床地形，包括一个理想化的酒吧几何形状和一个温和的steeworn倾斜的平面海滩。结果表明，新的破碎起始判据能够在任意水深的时间和空间上检测单个和多个破碎事件。此外，我们表明，新的通用标准提供了改进的技能信号即将打破发病，相对于现有的运动学或几何破发病标准在文献中。特别是，新的标准是适用于波解析模型，不能内在地检测波破碎的发病。
2019-11-15 physics.flu-dyn
Wind-Induced Changes to Surface Gravity Wave Shape in Deep to Intermediate Water
波浪形状（即偏斜或不对称）在海滩形态演变、遥感和船舶安全方面起着重要作用。风对海浪的影响在理论上已经在增长的背景下进行了广泛的研究，但大多数理论都是相位平均的，不能预测波浪的形状。大多数实验室和数值研究同样关注波浪增长。一些实验室实验已经证明，风可以改变波浪形状，两相数值模拟也注意到了风引起的波浪形状变化。然而，风对波浪形状的影响知之甚少，也没有理论。对于弱非线性波，波形参数是谐波相对于主频率的相位（或谐波相位HP，对于斯托克斯波为零）和谐波相对于主频率的相对振幅。在这里，表面压力分布（表示为Jeffreys，Miles和广义Miles）是根据风浪生成理论规定的。理论解推导出准周期前进波和风引起的变化HP，相对谐波振幅，以及已知的相速度变化和增长率。波形参数取决于所选的表面压力剖面、相对于波剖面的压力大小和相位以及无量纲深度。波的不对称性与无因次增长率有关。大气大涡模拟约束压力廓线参数。HP预测与实验室观察结果定性一致。这个理论，连同HP和相对谐波振幅的观测值，可以提供洞察到实际的波面压力剖面。
2020-09-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
