arXivDaily arXiv每日学术速递 周一至周五更新
arXiv 2409.09604math.AP
收藏

定常流体无粘极限中的小尺度

Small scales in inviscid limits of steady fluids

Yan Guo, Zhuolun Yang

AI总结:

针对二维通道内定常 Navier-Stokes 方程的无粘极限,构造 Euler 剪切流附近的解,发现垂直速度中除经典 Prandtl 层外还存在量级为 $\varepsilon$ 的新小尺度。

摘要:

本文研究通道 $(-L,0)\times(-1,1)$ 内的二维不可压定常 Navier-Stokes 方程,在 $\{Y=\pm1\}$ 上施加无滑移边界条件,并考虑无粘极限 $\varepsilon\to0$。在 Euler 剪切流 $(u_e(Y),0)$ 的特殊情形下,我们对 $\varepsilon\ll1$ 构造了一个定常 Navier-Stokes 解:$u^\varepsilon\sim u_e+u_p+O(\sqrt{\varepsilon})$,$v^\varepsilon\sim h(Y)\exp\{Xu_e(Y)/\varepsilon\}+O(\sqrt{\varepsilon})$,其中 $u_p$ 表示经典 Prandtl 层剖面,$h(Y)$ 是任意光滑、紧支集且幅值很小的函数。经典 Prandtl 边界层 $u_p$ 在 $Y=\pm1$ 附近沿 $Y$ 呈现量级为 $\sqrt{\varepsilon}$ 的小尺度,而我们构造的剖面在垂直速度分量中揭示了 $Xu_e(Y)$ 的 $\varepsilon$ 小尺度。

英文摘要:

In this article, we study the 2D incompressible steady Navier-Stokes equation in a channel $(-L,0)\times(-1,1)$ with the no-slip boundary condition on $\{Y = \pm 1\}$, and consider the inviscid limit $\varepsilon \to 0$. In the special case of Euler shear flow $(u_e(Y),0)$, we construct a steady Navier-Stokes solution for $\varepsilon \ll1$, $$\left\{ \begin{aligned} &u^\varepsilon \sim u_e + u_p + O(\sqrt{\varepsilon}),\\ &v^\varepsilon \sim h(Y) \exp\{Xu_e(Y)/\varepsilon\} + O(\sqrt{\varepsilon}), \end{aligned}\right. $$ where $u_p$ represents the classical Prandtl layer profile, and $h(Y)$ is an arbitrary smooth, compactly-supported function with small magnitude. While the classical Prandtl boundary layer $u_p$ exhibits a small scale of order $\sqrt{\varepsilon}$ in $Y$ near $Y = \pm 1$, the profile we construct reveals an $\varepsilon$ small scale of $Xu_e(Y)$ in the vertical velocity component.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

↑