基于线性化Navier-Stokes方程二维水槽内单涡到双涡的数值模拟

建立了Navier-Stokes方程的预估-校正有限差分方法,在此基础上求得了二维水槽内部单涡到双涡的数值解,所得结果与前人的数值结果和解析解吻合很好.数值模拟结果表明,自由振动运动中自由面波高因粘性作用会发生衰减,且Reynolds数越大衰减越缓慢.在短时间内倾斜加速度激励下对于不同Reynolds数会出现一定周期的单涡.经过长时间的倾斜激励,水槽内涡场由单涡变化成双涡,而且只在较低的Reynolds数条件下出现双涡.     

卡门涡街的去奇异化

卡门涡街是二维不可压缩欧拉方程的一种周期行波解,该文利用涡方法研究卡门涡街的存在性.该文利用变分方法构造一族卡门涡街型的涡补丁解,并对该族解的渐近行为进行了分析.在涡强参数趋向正无穷时,该族解构成了涡街型点涡对的一个去奇异化.     

海洋立管双模态动力学分岔分析

为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法分析系统响应特点.研究结果表明:随着流速的增加,系统响应在周期运动和概周期运动间多次转换,其中周期解区域对应系统的涡激共振区;谐波平衡法结果能够较准确地预测涡激共振区周期解的振幅和频率,以及非涡激共振区概周期解的主要频率成分.     

K.D.V.-Burgers 方程谱方法的误差估计

本文给出 K.D.V.-Burgers 方程谱方法的严格误差估计,并在一定条件下由此推出收敛性。如果微分方程的解相当光滑,那末近似解的精度就很高。本文所用的方法也适用于其它非线性问题,例如涡度方程,Navier-Stokes 方程和大气方程等。     

迎风紧致格式与驱动方腔流动问题的直接数值模拟

本文给出了一种求解不可压缩流动问题的高精度差分格式,即迎风紧致格式.出发方程采用二维非定常原始变量Naiver-Stokes方程组.在差分方程中,对流项采用三阶精度的迎风紧致差分,其余空间导数项采用四阶紧致差分.本文利用该差分格式在等距网格上数值模拟了驱动方腔流动中的分离涡运动.在257×257的细网格上,Re数最高计算到10000.Re≤5000时的计算结果与前人结果符合得很好.当Re≥7500时发现流动不存在定常层流解而为非定常周期性解,并首次给出了非定常解的结果。     

二维无界自由衰减流的数值研究

无界区域上的流体运动是流体力学中的热点和难点问题.采用传统的扩大计算区域算法和新发展的基于无界区域的Hermite基函数算法对二维无界区域的自由衰减流动进行研究. 结果发现,对于只存在相同符号涡的初始流场而言,两种方法都可以得出正确的结果;而对于正负涡都存在的初始流场,传统方法即便利用非常大的计算区域也无法进行正确的长时间模拟,但是新方法却能高效求解.对算例的Hermite算法数值模拟验证了理论解Oseen涡的存在.     

轴对称Navier-Stokes方程改进的Liouville定理

本文研究不可压缩Navier-Stokes方程的古代解所具有的Liouville性质.在二维情形以及三维轴对称具平凡角向速度(v_θ=0)情形下,本文证明了光滑的温和古代解的"最优"Liouville定理,即当涡度满足一定条件且速度场v关于空间变量次线性增长时,v恒为常向量,并且在速度场线性增长条件下给出了非平凡古代解的反例.其中,在二维情形下,涡度w需要满足的条件为,对所有的t∈(-∞,0)一致成立lim_(|x|→+∞)|w(x,t)|=0;在三维轴对称具平凡角向速度情形下,涡度w需要满足的条件为,对所有的t∈(-∞,0)一致成立lim_(r→+∞)(|w(x,t)|)/r=0.在三维轴对称具非平凡角向速度(v_θ≠0)的情形下,本文证明了,若Γ=rv_θ∈L_t~∞L_x~p(R~3×(-∞,0)),其中1≤p∞,则有界的温和古代解必为常向量.     

广义二阶流体分数阶反常扩散速度场、应力场及涡旋层的理论分析

研究了在广义二阶流体中,由于平板在自身所在平面运动而引起的时间分数阶反常扩散速度场,以及由此所产生的应力场及涡旋层的反常扩散问题.许多经典的和前人所得到的结果,都可作为本文结果的特例而出现.例如,Wyss有关分数阶扩散方程的解;经典的Rayleigh时空相似性解;Bagley等人有关应力场和速度场之间的关系式;以及Podlubny所做的有关分数阶平板运动方程的解等.此外,还获得了许多有意义的理论结果.例如,时间分数阶扩散指数β大于广义二阶流体指数α是涡旋层生成的必要条件.涡量分布函数的建立依赖于流场该点速度剖面的时间历程, 而这种历程是可以用分数阶微积分来刻画的等.     

同心球间旋转流动类Lorenz方程组的分歧问题

本文对同心球间旋转流动的Navier-Stokes方程谱展开后进行三模态截断,研究了所得到的类Lorenz型方程组的分歧问题.推导了同心球间旋转流动的Navier-Stokes方程的流函数-涡度形式,给出了静态奇异点的条件,并计算出解分支.     

调频输入正切锁相环路方程及其推广

本文考虑了一个具有正切鉴相特性和调频输入的锁相环路.锁定的概念是借助于系统的周期解来确定.文中证明了周期解的存在性,并且在β足够小的限制下,证明了周期解的唯一性以及大范围的指数稳定性.本文介绍了这些结果大部分被推广到列娜型方程的情形.     

流体力学中的差分方法(Ⅱ)——三维涡度方程的数值解

有关三维涡度方程的数值计算方面的工作已有[1—3],但缺乏比较系统的理论分析.在[4]中,以二维涡度方程为例,讨论了流体力学差分方法的一些理论问题.本文是把这些结果推广到三维.     

热源强迫的边界层低涡解及其应用

考虑边界层低涡为受非绝热加热和摩擦强迫并满足热成风平衡的轴对称涡旋系统,采用Boussinesq近似,通过求解柱坐标系中涡旋模式的初值问题,分析了热源强迫对低涡流场结构的影响．结果表明:热源强迫对低涡的流场结构有重要影响,并且这种影响的具体表现形式与加热的径向分布有密切关系．对边界层涡旋解讨论的结果可以解释青藏高原低涡系统的某些重要结构特征．     

Pohozaev恒等式及其在非线性椭圆型方程中的应用

在非线性椭圆型偏微分方程的研究中,Pohozaev恒等式在研究非平凡解的存在性和非存在性时起着十分重要的作用.本文旨在介绍Pohozaev恒等式及其在非线性椭圆型问题研究中的应用.首先介绍有界区域和无界区域上几种典型的Pohozaev恒等式,并得到几类非线性椭圆型方程存在解的必要条件,进而得到对应的方程非平凡解的非存在性和存在性结果.其次将介绍非线性椭圆型方程的局部Pohozaev恒等式,由此证明非线性椭圆型微分方程近似解序列的紧性,并得到几类典型非线性椭圆型方程的无穷多解存在性.最后利用非线性椭圆型方程的局部Pohozaev恒等式来研究其波峰解,得到波峰解的局部唯一性,并由此判断波峰解的对称性等特征.     

Beltrami流动的球涡解的张量表示及其对称性分析

讨论了一类Beltrami流动的n阶球涡（非轴对称及轴对称）的张量表示及由此引出的对其的分类和对称性的研究，还进一步地讨论了单个此类非轴对称n阶球涡解的混沌现象；从另一侧面说明了非轴对称Beltrami流动的球涡解的复杂性及多样性，以及用张量表示的更广泛的内涵。     

合成展开法求解圆薄板大挠度问题

本文用合成展开摄动法,把外场解和内层解结合起来,求解圆薄板大挠度问题.本文把Hencky的薄膜解当作外场解的一级近似解,并求出了外场解的二级近似解.利用边界内层坐标,求得了相应的各级内层解,即边界层解.本文采用最大位移和板厚之比的倒数作为小参数,所得结果大大改进了1948年作者所得的结果.     

非线性扩散方程解的复杂渐近行为

本文是一篇综述,简要介绍非线性扩散方程解渐近行为的研究结果与研究方法.以非线性扩散方程的Cauchy问题为主线,本文主要阐述研究其解复杂渐近行为的方法与结论.     

完整Coriolis力作用下带有外源强迫的非线性KdV方程

利用摄动方法,从描写既有Coriolis力垂直分量又含有水平分量的位涡方程出发,给出了近赤道非线性Rossby波所满足的具有外源强迫的非线性KdV方程,并利用Jacobi椭圆函数展开法,求解了改进后的非线性KdV方程的行波解及孤立波解.通过分析KdV方程的行波解,指出Coriolis力的水平分量和外源对Rossby波动的影响.     

几类Keller-Segel趋化性模型的稳态解及其定性性质

趋化性是指细菌微生物对环境中某些具有刺激性的化学物质产生的定向趋近或者远离的运动.这种与生俱来的能力对生物趋利避害和适应环境等具有重要的作用.为了研究趋化性运动, Evelyn Fox Keller和Lee Aaron Segel于20世纪70年代初提出了一类抛物型偏微分方程系统用以描述细菌种群密度以及化学物质浓度的动态演化.这类系统尽管结构相对简单,但是其动力学性质丰富,并且能够很好地模拟细菌聚集这一趋化性运动中最重要的现象,因此近年来成为偏微分方程研究领域的热点之一.细菌聚集现象可以通过抛物方程组有限时间爆破解所产生的δ-函数进行数学模拟,也可以通过如尖峰解、内边界层解等具有鲜明空间集中特征的稳态解来模拟.前者已有多个综述文献对之进行详细介绍,而关于后者目前还没有任何综述文章,因此本文旨在填补这个空白并综述几类Keller-Segel型模型的稳态解(特别是尖峰解和内边界层解)及其定性性质.本文将着重介绍关于这类问题研究的经典结果和最新进展,以及这些结果研究中所发展出来的变分法、摄动理论和分叉理论等具有创造性的数学.本文还将介绍这类稳态解系统研究中一些未解决的问题.     

带阻尼项的二维 Navier-Stokes 方程的 全局吸引子

考虑了带阻尼的二维Navier-Stokes方程在全空间中解的长时间行为,证明了相应的涡量方程存在(L~2(R~2),H~1(R~2))-吸引子.     

流动稳定性弱非线性理论的重新考虑*

弱非性理论已被广泛用于流动稳定性理论及其它领域.然而其应用对某些问题虽是成功的,但对另一些问题,其结果却常不令人满意,特别是对转捩或自由剪切流中涡的演化这类问题,这时理论研究的目的不是寻找稳态解,而是预测演化过程.在本文中,我们将研究不成功的原因并建议一些改进的办法.