矩形波导中两层流体界面上的非传播孤立波

本文用多重尺度微扰方法研究了矩形波导中二水平固壁间两层不可压无粘流体界面上重力-表面张力波的非线性调制。将Larraza和Putterman的理论进行了推广,并计入了表面张力,得出了第一阶调制波满足非线性Schrodinger方程,求出了非传播孤波解,并对结果进行了讨论。 关键词：     

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：     

有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ₀, 当μ < μ₀ 时, KdV理论适用于ε ≤μ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μ ≥μ₀ 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词： 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数     

有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了有背景流场存在时密度三层成层状态下的界面内波，得到了各层流体速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes波解，并讨论了界面波的Kelvin-Helmholtz不稳定性.结果表明：有流存在的情况下三层密度成层流体界面内波的一阶渐近解(线性波解)、频散关系及二阶渐近解不仅依赖于各层流体的厚度和密度，也依赖于各层流体的背景流场；界面内波波面位移的二阶Stokes波解不仅描述了界面波之间的二阶非线性相互作用，也描述了背景流与界面波之间的二阶非线性相互作用；当每层流 关键词： 界面波 均匀流 二阶Stokes波解 Kelvin-Helmholtz不稳定性     

界面层对层状各向异性复合结构中Lamb波的影响

建立了各向异性界面层的弹簧模型,并将其应用于分析层状复合媒质的全局矩阵技术中.其 引入的机理是全局矩阵的程序结构、各层矩阵的排列不至于遭受大的破坏.因此,把弹簧界 面作为一个“材料层”.该层的材料常数用劲度常数来描述,其层厚为零.把该层放在全局矩 阵适当的位置而使系统中的其他层不发生任何变化.数值示例显示了刚性联接、滑移联接、 完全脱层三种不同界面条件下双层各向异性复合结构中Lamb波的频散特征,并对刚性联接和 滑移联接时质点沿板厚方向的位移分布进行了比较. 关键词： 各向异性界面 弹簧模型 全局矩阵 兰姆波频散     

流体-镀层基底界面波的传播特性

理论分析了脉冲激光激发的流体-分层固体结构声场,在此基础上数值计算了流体-慢层快底固体和流体-快层慢底固体结构液-固界面Scholte波的频散特性与瞬态响应.数值结果显示,对于流体-慢层快底结构,Scholte界面波呈现出正常频散特性;而对于流体-快层慢底结构,Scholte波在较小的频厚积范围呈反常频散特性.理论瞬态信号也显示了同样的特性.采用脉冲激光激励,用水听器接收的方式进行了Scholte界面波的实验测量.实验测量和分析结果与理论结果有很好的一致性.此工作可为水浸检测条件下镀层与薄膜材料参数的超声无损表征、海底沉积物参数反演等应用提供理论基础.     

近邻层对相邻层界面能的影响

本文采用密度泛函理论比较了三层异质结(石墨烯/石墨烯/石墨烯,石墨烯/石墨烯/氮化硼和氮化硼/石墨烯/氮化硼)和双层异质结(石墨烯/石墨烯,石墨烯/氮化硼)的结合能和广义堆垛能的差异,以研究近邻层的影响. 由于近邻层的影响,相邻层结合能会有从-2.3%到22.55%的变化,但层间距的变化很小. 此外近邻层也会影响相邻层的广义堆垛能,变化值从-2%到10%,具体的变化值依赖于相邻层的性质.     

流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。     

三层流体界面内波的二阶Stokes解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了三层密度成层状态下的界面内波，求得了三层成层状态下各层速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes解.结果表明：一阶解为正弦波解，与传统线性理论的结果相一致；二阶解描述了界面波的二阶非线性修正及两界面波之间的非线性相互作用；一阶解及二阶解都依赖于各层流体的厚度及密度.Umeyama导出的理论结果为本文的特殊情形. 关键词： 三层密度成层流体 内波 二阶Stokes解 小振幅波理论     

流体惯性对弹性界面液滴吸附行为的影响

弹性膜包裹黏性流体组成的液滴(弹性界面液滴)可与功能性壁面形成化学吸附键,产生吸附力,与黏性力和惯性力共同控制流场中液滴的吸附动力学行为。本文基于前期发展的界面追踪(Front tracking method)-界面有限元方法,结合吸附反应动力学模型,发展了可同时考虑流体惯性、界面弹性和流体黏性的弹性界面液滴吸附动力学三维模拟方法。重点分析了流体惯性对弹性界面液滴吸附行为的影响规律。结果表明:雷诺数增大导致流场作用于弹性界面液滴的阻力和升力都增大,因此流体惯性作用导致弹性界面液滴更容易从壁面脱附。     

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     

三层密度分层流体毛细重力波二阶Stokes波解

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的毛细重力波,给出了三层成层状态下各层流体速度势的二阶渐近解及毛细重力波波面位移的二阶Stokes波解.结果表明:一阶解及二阶解除了依赖于各层流体的厚度及密度,与表面张力也有很重要的关系.     

纳米通道粗糙内壁对流体流动行为的影响

纳米流动系统具有高效、经济等优势,在众多领域具有广泛的应用前景.因该类系统具有极高的表面积体积比,致使界面滑移效应对流动具有显著影响.本文采用分子动力学方法以两无限大平行非对称壁面组成的Poiseuille流动为对象,分析了壁面粗糙度与润湿性变化对通道内流体流动的影响.对于不同结构类型的壁面,需要通过水动力位置来确定固液界面位置,准确计算固液界面位置有助于更好地分析界面滑移效应.研究结果表明,上下壁面不对称会引起通道内流场参数分布的不对称,壁面粗糙度及润湿性的变化会影响近壁面附近流体原子的流动特性,由于壁面凹槽的存在,粗糙壁面附近的数密度分布低于光滑壁面一侧.壁面粗糙度及润湿性的变化会影响固液界面位置,肋高变化及壁面润湿性对通道中速度分布影响较大,界面滑移速度及滑移长度随肋高和润湿性的增大而减小;肋间距变化对通道内流体流动影响较小,界面滑移速度和滑移长度基本保持恒定.     

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。     

三层流体系统非线性界面内波传播理论的研究

基于波陡很小的假设, 利用摄动法, 讨论了任意深度的二维不可压缩、无黏性、无旋的三层流体系统. 在刚性上边界、平底不可渗透条件下, 给出了界面内波传播的统一理论以及描述其波剖面的近似非线性演化方程(NEEs). 最后讨论了几种特殊情形下的近似NEEs.结果表明文献导出的理论结果为本文的特殊情形.     

近邻层对相邻层界面能的影响（英文）

本文采用密度泛函理论比较了三层异质结(石墨烯/石墨烯/石墨烯,石墨烯/石墨烯/氮化硼和氮化硼/石墨烯/氮化硼)和双层异质结(石墨烯/石墨烯,石墨烯/氮化硼)的结合能和广义堆垛能的差异,以研究近邻层的影响.由于近邻层的影响,相邻层结合能会有从-2.3%到22.55%的变化,但层间距的变化很小.此外近邻层也会影响相邻层的广义堆垛能,变化值从-2%到10%,具体的变化值依赖于相邻层的性质.     

环形浅液层内热流体波的可视化实验研究

对外壁加热、内壁冷却、厚度为1.0 mm的环形硅油浅液层内的热毛细对流及其稳定性进行了可视化实验研究,观察到了旋转的螺纹状的热流体波,确定了发生热流体波的临界温差值△Tc=4.8 K,证实了热流体波从两组逐渐演变为一组的发展过程,验证了已有的数值模拟结果.     

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。     

流体相互作用力对剪切流动下胶体重构的影响

本文利用布朗动力学和斯托克斯动力学方法对胶体在剪切流动下的重构和断裂过程进行了数值模拟,计算并分析了颗粒间作用势以及流体相互作用力对胶体断裂的临界剪切率的影响。模拟中胶体颗粒间作用势采用了L-J势和Yukawa排斥势的组合模型。模拟结果显示,作用势最大值与最小值的差决定了胶体断裂的临界剪切率,但由于胶体的几何构型(也是作用势的函数)的影响,两者的依存关系是非线性的。布朗动力学方法虽然不包含颗粒间的流体相互作用力,但是与斯托克斯动力学方法的结果比较发现,当颗粒间作用势较强,胶体满足刚性假设时,布朗动力学方法依然能够定性地给出胶体在剪切流动下的断裂规律。     

弱界面固体附层媒质中的类Rayleigh波

当半无限大固体媒质上有一层固体附加层时表面波是频散的。由界面的“准弹簧”模型,本文导出了有各向同性固体附加层时半无限大各向同性均匀媒质中弱界面情况下的类Rayleigh波的特征方程。文中给出了典型复合结构具有刚性联接界面、滑移联接界面和弱界面时类 Rayleigh波的色散曲线,分析了界面刚度系数对类 Rayleigh波传播速度的影响。数值计算的结果表明选择合适的参数可以由低频超声类Rayleigh进行涂层结构界面特性的无损评价。