一个两流体系统中mKdV孤立波的迎撞*

本文从文[2]的基本方程出发,采用约化摄动方法和PLK方法,讨论了三阶非线性和色散效应相平衡的修正的KdV(mKdV)孤立波迎撞问题.这些波在流体密度比等于流体深度比平方的两流体系统界面上传播.我们求得了二阶摄动解,发现在不考虑非均匀相移的情况下,碰撞后孤立波保持原有的形状,这与Fornberg和whitham[6]的追撞数值分析结果一致,但当考虑波的非均匀相移后,碰撞后波形将变化.     

一个二流体系统中非线性水波的Hamilton描述

讨论了一个二流体系统中非线性水波的Hamilton描述,该系统由水平固壁之上的两层常密度不可压无粘流体组成,上表面为自由面.文中将速度势函数展开成垂向坐标的幂级数,在浅水长波的假定下,取下层流体的“动厚度”与上层流体的“折合动厚度”为广义位移、界面上和自由面上的速度势为广义动量,根据Hamilton原理并运用Legendre变换导出该系统的Hamilton正则方程,从而将单层流体情形的结果推广到分层流体的情形.     

二流体系统中自由面及界面上的二阶椭圆余弦波*

本文考虑[1]中所建立的模式,采用约化摄动法及PLK方法,求得了自由面及界面上的二阶椭圆余弦波。在退化情况下与文[3]和[4]的结果符合。     

深分层流体中内孤立波的相互作用——Ⅰ.弱相互作用 *

采用Lagrange观点研究分层流体中内孤立波的弱相互作用,它包括不同模式孤立波间的追撞和迎撞,以及相同模式孤立波间的迎撞.分析表明在有限深度情形每个波遵循ILW方程,而在无限深度情形每个波满足Benjamin-Ono方程,相互作用的主要效应体现在相移上.     

三层流体系统中孤立波的产生

采用约化摄动方法导出了三层流体系统中各界面所遵循的KdV方程,讨论了流体深度对孤立波产生的影响,将波分为快模式、中间模式和慢模式波后发现慢模式波的结果与已有的实验结果定性上一致.此外,还发现自由面上可能存在下凹的孤立波,这有待于实验的验证.     

分层流体中推广的Boussinesq方程和斜相互作用的孤立波

本文按Boussinesq浅水理论建立了适用于一种分层流体的基本方程——推广的Boussinesq方程,借此研究了两对斜交的孤立波的弱相互作用,给出了波形和最大波幅的二阶近似解,并指出,当两对孤立波传播方向夹角小于120°时,斜相互作用强于迎撞相互作用;当该角大于120°时,前者略弱于后者。     

微结构固体中孤立波的演变及非光滑孤立波

给出了包含宏观应变和微形变的全部二次项以及宏观应变三次项的一种新的自由能函数.利用新自由能函数并根据Mindlin微结构理论,建立了描述微结构固体中纵波传播的一种新模型.利用近来发展的奇行波系统的动力系统理论,分析了系统的所有相图分支,并给出了周期波解、孤立波解、准孤立尖波解、孤立尖波解以及紧孤立波解.孤立尖波解和紧孤立波解的得到,有效地证明了在一定条件下,微结构固体中可以形成和存在孤立尖波和紧孤立波等非光滑孤立波.此结果进一步推广了微结构固体中只存在光滑孤立波的已有结论.     

两层流体界面上的孤立波

本文讨论两水平固壁间两层不可压无粘流体界面上的孤立波,计及界面上的表面张力效应.首先建立了适用于这种模型的基本方程组,并在弱色散近似下应用约化摄动法,导得了一阶界面升高所满足的Korteweg-de Vries方程,指出了按该方程系数α和μ的符号的异同,KdV孤立波可能凸向上或凸向下.然后详细讨论了原有近似下非线性效应与色散效应不能平衡的两种临界情形.在采用了适当的近似之后,对第一种临界情形(α=0)得到了修正的KdV方程,并指出,在所考虑的情形中,当μ>0时孤立波不存在,当μ<0时,孤立波仍可能存在,其形式与KdV孤立波不同;对第二种临界情形(μ=0),导得了推广的KdV方程,这时存在振荡型孤立波.文中还对近临界情形作了讨论.本文结果与一些经典结果完全一致,并把它们作了拓广.     

分层流体中孤立波的分裂

本文讨论了有自由面时分层流体中的孤立波分裂,发现奇偶模式的内孤立波的分裂没有差别,分层对表面孤立波分裂的影响几乎可以不予考虑。     

用Level Set算法模拟孤立波与前台阶的相互作用

进一步研究了Level Set方法的数学基础,研究了求解有自由水面水动力学问题的具体方法。并在此基础上,对孤立波与前台阶相互作用这一问题进行了计算及研究,取得了与实验结果相符合的计算结果。     

有限深两层流中内孤立波的高阶解*

本文研究有限水深两层流中孤立波的三阶近似理论,并考虑了自由表面对孤立波的影响,运用坐标变形方法得到了三阶内孤立波的发展方程,求得波速的解析表达式。对方程进行了数值计算,得到了几种参数下三阶解曲线,指出自由表面对波型和波速的影响是二阶的。计算表明三阶解对一阶、二阶解有明显的改进,使其更加接近试验结果。     

流动对孤立波演变的影响

本文研究了流动对二维缓变渠道中的孤立波的演变的影响,导出了远场理论的基本方程——变系数KdV方程,得到了孤立波解。文章还讨论了孤立波的分裂,找出了Q～h平面上的分裂区域及分裂后孤立波数目的判别式。     

用时变雷诺方程模型模拟孤立波与半圆型防波堤的相互作用

以时变雷诺方程为控制方程,用k-ε模型封闭该方程,采用体积函数(VOF)方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向波浪数学模型,并用已有的实验资料进行了验证．随后用该模型模拟了半圆型防波堤与孤立波在淹没、平顶水位、完全露顶且不越浪3种典型工况下的相互作用过程．得到了半圆堤附近的流场、压强场和波面的变形过程．结果表明,在淹没状态下,半圆堤背浪面的底部会产生涡旋;平顶水位时,由于越浪的冲击作用,在半圆堤的背浪面将逐渐形成一对较大的涡旋,而半圆堤背浪面的底部,速度始终相对较小;而在露顶不越浪时,半圆堤的迎浪面会出现波浪的二次爬升的现象．为进一步研究结构物附近的污染物的输移扩散和泥沙运动提供基础．     

表面张力对非传播孤立波的影响

本文在研究非传播弧立波时仔细考虑了表面张力的影响,把表面张力和液体深度的参数平面划分为三个区域,发现其中两个区可产生呼吸弧立波。到目前为止,所有理论和实验文章中提到的呼吸弧立波的参数都在一个参数区内,我们首先报道了另一个参数区并被我们的实验证实.在第三个参数区中,理论分析得到的解是纽结孤立波,但是在我们的实验中除了得到纽结孤立波之外,过得到了一种类似于呼吸孤立波的非传播孤立波.     

正压大气的孤立波

本文从正压大气运动模式的非线性方程组出发,用作者得到的关于常微分方程边值问题的一个结果,讨论了这类模式的孤立波的存在性问题。研究结果表明,惯性重力波和Rossby波在一定条件下都会出现孤立波。     

Kdv方程中孤立波和混沌现象

近来非线性微分方程在小周期扰动下混沌现象的解析研究已有不少的工作。但在这些论文中,大都具体涉及某类常微分方程,而描述大量物理现象的偏微分方程尚不多见。相当多的一批描述弱线性作用下波动方程和方程组,在长波近似和小的且有限的振幅假定下,均可归结为Korleweg和deVries所建立的方程(故简称Kdv方程)。本文用解析方法分析了     

有限水深分层流中二阶孤立波

本文研究有限水深连续分层流中二阶孤立波理论,得到了一阶、二阶发展方程,详细计算了当Brunt-Visl频率N为常数的情形。所得波速公式和发展方程显示了Boussinesq参数对波速和波形的影响。在某些情况下,一阶发展方程的非线性项系数将变为零值而使其失效。本文对此给出了新的尺度分析,建立了含有立方项的发展方程。在N为常数时,找到了一阶方程的孤立波表达式。也对二阶方程进行了数值计算。     

分层流体中相同模式孤立波的追撞

§1.引言自从N.J.Zabusky和M.D.Kruskal通过数值计算发现孤立子以后,孤立波的相互作用问题引起了人们广泛的注意.不少作者对浅水中的孤立波相互作用作了研究,例如,苏兆星和Mine先后采用摄动法和数值方法处理了单层流体中孤立波的迎撞问题,最近,邹启苏和苏兆星又用多重尺度法和有限差分法分析了孤立波的追撞相互作用,并得出结论:在二阶近似下,两孤立波在追撞相互作用后各自保持波形不变,而且不产生尾波列.为了研究分层流体中内孤立波的相互作用,戴世强建立了具有三阶精度的二维不可     

非线性波方程的精确孤立波解

立了一种求解非线性波方程精确孤立波解的双曲函数方法,并在计算机代数系统上加以实现,推导出了一大批非线性波方程的精确孤立波解.方法的基本原理是利用非线性波方程孤立波解的局部性特点,将方程的孤立波解表示为双曲函数的多项式,从而将非线性波方程的求解问题转化为非线性代数方程组的求解问题.利用吴消元法或Gröbner基方法在计算机代数系统上求解非线性代数方程组, 最终获得非线性波方程的精确孤立波解,其中有很多新的精确孤立波解.