用VOF法数值模拟孤立波迎撞及在后台阶上的演化

通过数值离散求解二维Navier-Stokes方程和利用VOF界面跟踪技术,分别对两个界面孤立波之间的迎撞问题和一个孤立波在后台阶地形上的演化问题进行数值模拟。     

具有基本流动的两层流体界面和表面孤波

本文研究了具有基本流动的两层流体浅水孤波,利用多重尺度摄动方法求得了两流体界面和表面波所满足的KdV方程和相应单孤波解;对所得结果进行了讨论,并将其应用到海洋温跃层和有剪切流动的均匀密度流体两种常见情形。 关键词：     

孤立波在一维复合颗粒链中传播特性的模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了孤立波在重轻颗粒相间排列的一维复合颗粒链中的传播特性.结果发现,在轻重颗粒的质量比较大或较小时,散射作用较弱,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较慢.在轻重颗粒的质量比为中等时,散射作用较强,颗粒的速度和孤立波的速度衰减较快.孤立波在通过重-轻颗粒界面时,存在有增速效应,可以提高孤立波的传播速度.并且,轻重颗粒的质量比越小增速效应越强.在散射作用和增速效应的共同作用下,改变轻重颗粒的质量比可以调控孤立波在重-轻颗粒链中的传播时间.     

朗缪尔孤立波与光孤立波的耦合(Ⅰ)

本文得到了高低频、双流体、无外磁场,初始密度为均匀时,等离子体动力学方程组的一个双向一维平面高频横波(光波)和纵波(Langmuir波)耦合的孤立波系,它的离子密度凹陷的深度和宽度与实验结果基本一致。这种耦合的孤立波与单独的光孤立波或Langmuir孤立波比较,表现出若干新的性质。     

修正KP方程及其孤波解的稳定性

采用约化摄动法, 得到描述无磁场等离子体中离子声波传播的modified Kadomtsev- Petviashvili(mKP) 方程, 构造有限差分格式对mKP方程的一类特殊孤立波解的稳定性进行数值研究. 数值结果表明: 在两种特殊情形的初始扰动下, 该孤立波均不稳定.     

激波作用不同椭圆氦气柱过程中流动混合研究

在激波与气柱相互作用问题中,压力与密度间断不平行产生的斜压涡量会引起流动的不稳定性,从而促进物质间的混合.本文基于双通量模型,结合五阶加权基本无振荡(WENO)格式,求解多组分二维Navier-Stokes方程,分析激波作用面积相同结构不同的椭圆气柱所致的流动和混合.数值结果清晰地显示了激波诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的气柱界面变形和波系演化.同时定量地从界面运动、界面结构参数变化(长度和高度)、气柱体积压缩率、环量及混合率等角度分析激波诱导的流动混合机制,研究椭圆几何构型对氦气混合过程的影响.结果表明,界面及相关参数的演化与气柱初始形状密切相关.当激波沿椭圆长轴作用于气柱时,气柱前端出现空气射流结构,且射流不断增长并渗透到下游界面,致使气柱分离成两个独立涡团,离心率越大,射流发展越快;同时激波作用气柱后在界面处产生不规则反射现象.圆形气柱界面演化与这种作用情形类似.当激波沿椭圆短轴作用于气柱时,界面上游出现类平面结构,随后平面上下缘处产生涡旋,主导流动发展,激波在界面作用产生规则反射,离心率越大,这些现象越明显.界面高度、长度、体积压缩率也因此有所差异.对界面演化、环量和混合率的综合分析表明,激波沿长轴作用于气柱且离心率较大时,流动发展较快,不稳定性导致的流动越复杂,越有利于氦气与环境介质的混合.     

基于最小二乘法和支持向量机的海洋内孤立波传播速度反演模型

传播速度是内孤立波的重要参数之一,如何通过光学遥感图像准确快速地获得内孤立波速度是目前需要解决的重要科学问题.本文在实验室建立了模拟内孤立波光学遥感成像系统,开展了系列综合实验,获取实验数据库,并利用最小二乘法和支持向量机两种方法分别建立基于单景光学遥感图像的内孤立波速度反演模型.利用中国南海的MODIS图像和GF-4图像数据对速度反演模型进行精度检验.研究结果表明:最小二乘法内孤立波速度反演模型能够给出回归方程,物理意义更为直观,且在300—399 m水深范围精度更高,而支持向量机内孤立波速度反演模型在水深400—1200 m和83—299 m的范围内精度高.因此两种内孤立波速度反演模型各有优势,都可以应用于真实海洋中内孤立波速度的反演.     

层结流体中具有β效应与地形效应的强迫Rossby孤立波

层结流体中,从绝热位涡的扰动方程出发采用摄动方法和时空伸长变换推导了具有β效应和地形效应的强迫Rossby孤立波方程,得到孤立Rossby波振幅的演变满足带有地形强迫的非齐次mKdV方程的结论. 通过分析孤立Rossby波振幅的演变,即使基本气流没有切变,仍可能激发出Rossby孤立波.指出了科氏力效应、地形效应以及Vaisala-Brunt频率都是诱导Rossby孤立波产生的重要因素,说明了在地形强迫效应和非线性作用相平衡的假定下,Rossby孤立波振幅的演变满足非齐次的mKdV方程.讨论 关键词： 非齐次mKdV方程 β效应')" href="#">β效应 地形 Vaisala-Brunt 频率     

切变纬向流中β效应与缓变地形Rossby波

正压流体中,从有外源的准地转位涡方程出发,采用摄动方法和时空伸长变换推导了具有β效应、缓变地形和外源的Rossby孤立波方程,得到Rossby波振幅满足带有缓变地形与外源强迫的非齐次mKdV-Burgers方程的结论.通过分析孤立Rossby波振幅的演变,指出了β效应、地形效应以及外源都是诱导Rossby孤立波产生的重要因素;说明了在缓变地形强迫效应和非线性作用相平衡的假定下,Rossby孤立波振幅的演变满足非齐次mKdV-Burgers方程;给出在切变基本气流下缓变地形和正压流体中Rossby波的相互作用关系.     

ZnSe/GaAs(100)界面电子结构的计算

利用形式散射理论的格林函数方法，采用紧束缚最近邻近似下的sp³s模型，计算了ZnSe/GaAs(100)两类界面(Se/Ga和As/Zn界面)的电子结构.分别给出了两类界面的界面带结构和波矢分辨的层态密度及其分波态密度.计算结构表明，在ZnSe/GaAs(100)两类界面的禁带隙中均无界面态，而在其价带区均存在三条束缚的界面带和四条半共振带；通过比较，分析了两类界面的界面态特征及其来源. 关键词：     

正压流体中具有β效应与地形效应的强迫Rossby孤立波

正压流体中,从有外源的准地转位涡方程出发采用摄动方法和时空伸长变换推导了具有β效应、地形效应和外源的强迫Rossby孤立波方程,得到孤立Rossby波振幅的演变满足带有地形与外源强迫的非齐次 Boussinesq方程的结论. 通过分析孤立Rossby波振幅的演变,指出β效应、地形效应以及外源都是诱导Rossby孤立波产生的重要因素,说明在地形强迫效应和非线性作用相平衡的假定下,Rossby孤立波振幅的演变满足非齐次Boussinesq方程,给出在切变基本气流下地形和正压流体中R     

切变基本纬向流中β效应的赤道Rossby孤立波包

从描写赤道Rossby 波的正压大气位涡方程出发,采用多重尺度摄动方法推导出在切变基本纬向流中具有β效应的非线性赤道Rossby波包演变满足非线性Schrdinger方程,并得到单个包络孤立子波解,分析了基本切变流,β效应对非线性赤道Rossby波的影响. 关键词： 赤道Rossby波 β效应 非线性Schrö dinger方程 包络孤立子     

扩展的双曲函数法和Zakharov方程组的新精确孤立波解

借助于符号计算软件Maple，利用扩展的双曲函数法求出了Zakharov方程组的精确孤立波解，包括钟状孤立波解、扭结状孤立波解、包络孤立波解、奇性孤立波解和一种新的形式的孤立波解.这种方法也适用于其他非线性波方程.     

激光超声方法研究固-固界面波传播特性

对界面波的传播特性进行了理论及实验研究.首先探讨了界面波的求根问题，基于黎曼面分析，给出了求解界面波特征方程所有根的一般方法.理论上对三种常见的界面波——Stoneley波，Leaky Rayleigh及Leaky Interface波传播机理进行了分析，描述了三种界面波的波矢及位移势在两种介质中的状态.最后基于光弹效应原理, 利用全光学的激光超声手段对界面波进行了实验测量，实测结果与理论符合很好.     

介绍二层液体界面上波动的实验

1引言 水波是我们身边的自然现象，其独特的分散性是孤立波中所看到的非线性分散波，它能给我们提供与物理学各个水准相应的丰富的信息．一般用眼睛看到的水波是水和空气界面上的波动，若与水相接的有界面流体是煤油，即是比空气密度大的液体的情况，这时所发生的波动是与空气的情况非常不同的．本文特编译了有关二层液体界面上的波动实验以供参考．     

冲击波在空气和熔石英元件界面传播的超快诊断

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论,采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了532nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性,获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明:激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波,且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波,即反射波和反射剪切波;反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。     

固定温度界面对相变波传播规律的影响

冲击载荷作用下,相变波的传播及相互作用是一热力耦合过程。采用理论和实验相结合的方法研究了固定温度界面对相变波传播特性的影响。首先基于形状记忆本构模型和一维特征线理论分析了各类间断面和温度界面的基本相互作用规律,发现温度界面对相变波的作用与相变波强度及界面两侧温度的相对高低有关;然后进行了相变波在具有固定温度界面的形状记忆TiNi杆中的传播实验,并实时测量了相变波传播过程中的温度变化。实验结果与理论分析基本一致,冲击载荷作用下相变波不仅是物质间断面,还是移动的温度界面。     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Kortewegde Veries(KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Korteweg de Veries (KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

一种演示正弦-高登方程孤立波的新方法

正弦-高登方程对应的孤立波在非线性物理学中占有重要地位,但它不像孤立水波那样容易产生,它通常发生在微观领域.本文通过一种宏观装置近似演示正弦-高登方程孤立波,在理论上证实了该波为孤立波,研究了该孤立波的稳定发生、波速与碰撞等方面的性质.