留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

水平电场下界面波的Hamilton原理与多尺度建模

王展

王展. 水平电场下界面波的Hamilton原理与多尺度建模. 力学进展, 2022, 52(3): 719-729 doi: 10.6052/1000-0992-22-035
引用本文: 王展. 水平电场下界面波的Hamilton原理与多尺度建模. 力学进展, 2022, 52(3): 719-729 doi: 10.6052/1000-0992-22-035
Wang Z. Interfacial electrohydrodynamic waves under horizontal electric fields: Hamilton’s principle and multi-scale modeling. Advances in Mechanics, 2022, 52(3): 719-729 doi: 10.6052/1000-0992-22-035
Citation: Wang Z. Interfacial electrohydrodynamic waves under horizontal electric fields: Hamilton’s principle and multi-scale modeling. Advances in Mechanics, 2022, 52(3): 719-729 doi: 10.6052/1000-0992-22-035

水平电场下界面波的Hamilton原理与多尺度建模

doi: 10.6052/1000-0992-22-035
基金项目: 感谢中国科学院力学研究所的许葛幸在此领域与作者的有益讨论. 本项目受中国科学院B类战略先导(XDB22040203)与中国科学院青年交叉团队项目的资助.
详细信息
    作者简介:

    王展,中国科学院力学研究所研究员,中科院流固耦合系统力学重点实验室副主任。博士毕业于美国威斯康星大学麦迪逊分校,此后在英国先后担任伦敦大学学院研究助理和巴斯大学讲师。长期从事水波动力学、地球物理流体力学、电磁流体力学、流固耦合等方向的基础研究。现任中国科学院力学研究所学术委员会副主任、中国力学会环境力学专业委员会副主任委员、《力学进展》副主编、《Theoretical & Applied Mechanics Letters》编委等

    通讯作者:

    zwang@imech.ac.cn

  • 中图分类号: O353 O361

Interfacial electrohydrodynamic waves under horizontal electric fields: Hamilton’s principle and multi-scale modeling

More Information
  • 摘要: 本文研究水平电场下两层电介质流体间界面波动的多尺度建模. 首先对此系统的Hamilton原理给出详细证明; 然后基于Hamilton结构和Dirichlet–Neumann算子的解析性质, 将Hamilton量中的动能与电势能展开成收敛级数形式并确定截断阶数, 最后通过计算截断后近似总能量的变分导数得到约化模型. 上述过程对该问题给出了一套建立多尺度非线性模型的系统方法. 文章再以“上层深水、下层浅水”为例详细阐述了多尺度建模的全过程, 并利用修正的Petviashvili迭代方法计算了新模型中的非线性相干结构. 本文所发展的渐近分析技巧不同于之前的工作, 其优点在于所导出的约化模型自然保留能量守恒的性质; 同时, 本文亦将原有结果推广至三维情形.

     

  • 图  1  水平电场下两层电介质流体间界面波问题的概图.

    图  2  典型的“块状波”波形图, 波移动的速度为$ c=0.5 $, 其余的参数为: $ \mu=0.1 $, $ B_o=10 $, $ B_e=1 $, $ R=0.99 $.

  • 张宝善, 卢东强, 戴世强, 程友良. 1998. 非线性水波Hamilton系统理论与应用研究进展. 力学进展, 28: 521-531 doi: 10.3321/j.issn:1000-0992.1998.04.010
    Zakharov V E. 2021. 深水表面有限振幅周期波的稳定性. 王展译, 卢东强校. 力学进展, 51(4): 920–930.

    Zakharov V E. 2021. Stability of periodic waves of finite amplitude on the surface of a deep fluid. Wang Z trans, Lu D Q proof. Advances in Mechanics, 51(4): 920–930.
    Barannyk L L, Papageorgiou D T, Petropoulos P G, Vanden-Broeck J-M. 2015. Nonlinear dynamics and wall touch-up in unstably stratified multilayer flows in horizontal channels under the action of electric fields. SIAM Journal of Applied Mathematics, 75: 92-113. doi: 10.1137/140968070
    Benjamin T B. 1992. A new kind of solitary wave. Journal of Fluid Mechanics, 245: 401-411. doi: 10.1017/S002211209200051X
    Benjamin T B, Bridges T J. 1997. Reappraisal of the Kelvin-Helmholtz problem. Part 1. Hamiltonian structure. Journal of Fluid Mechanics, 333: 301-325. doi: 10.1017/S0022112096004272
    Craig W, Sulem C. 1993. Numerical simulation of gravity waves. Journal of Computational Physics, 108: 73-83. doi: 10.1006/jcph.1993.1164
    Guan X, Wang Z. 2022. Interfacial electrohydrodynamic solitary waves under horizontal electric fields. Journal of Fluid Mechanics, 940: A15. doi: 10.1017/jfm.2022.244
    Kuznetsov E A, Spector M D, Zakharov V E. 1993. Surface singularities of ideal fluid. Physics Letters A, 182: 387-393. doi: 10.1016/0375-9601(93)90413-T
    Melcher J R. 1963. Field-coupled Surface Waves. MIT Press.
    Melcher J R, Schwarz W J. 1968. Interfacial relaxation overstability in a tangential electric field. Physics of Fluids, 11: 2604. doi: 10.1063/1.1691866
    Mohamed A A, El Shehawey E F. 1983. Nonlinear electrohydrodynamic Rayleigh-Taylor instability. part 1. A perpendicular field in the absence of surface charges. Journal of Fluid Mechanics, 129: 473-494. doi: 10.1017/S0022112083000877
    Papageorgiou D T. 2019. Film flows in the presence of electric fields. Annual Review of Fluid Mechanics, 51: 155-187. doi: 10.1146/annurev-fluid-122316-044531
    Taylor G I. 1964. Disintegration of water droplets in an electric field. Proceedings of the Royal Society A, 280: 383-397.
    Wang Z, Wang Z, Yuan C X. 2022. Oceanic internal solitary waves in three-layer fluids of great depth. Acta Mechanica Sinica, 38: 321473. doi: 10.1007/s10409-021-09012-x
    Zubarev N M, Kochurin E A. 2013. Three-dimensional nonlinear waves at the interface between dielectric fluid in an external horizontal electric field. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 54: 212-217. doi: 10.1134/S0021894413020053
  • 加载中
图(2)
计量
  • 文章访问数:  232
  • HTML全文浏览量:  43
  • PDF下载量:  74
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-27
  • 录用日期:  2022-08-02
  • 网络出版日期:  2022-08-05
  • 刊出日期:  2022-09-25

目录

    /

    返回文章
    返回