Hydrodynamic stability
-
Гидродинамическая стабильность
- Анализ стабильности и начала неустойчивости потоков жидкости
- Основана на работах Гельмгольца, Кельвина, Рейли и Рейнольдса
- Включает число Рейнольдса, уравнения Эйлера и Навье-Стокса
-
Стабильные и неустойчивые потоки
- Стабильный поток: бесконечно малые возмущения не влияют на состояние системы
- Нестабильный поток: возмущения приводят к росту амплитуды и отклонению от начального состояния
-
Число Рейнольдса
- Определяет отношение инерционных и вязких сил
- Используется для определения критического числа Рейнольдса
-
Уравнения Навье-Стокса и непрерывности
- Нелинейные дифференциальные уравнения для анализа стабильности
- Включают уравнение Навье-Стокса и уравнение непрерывности
-
Линейный анализ стабильности
- Линейныеized уравнения и граничные условия
- Основан на предположении о независимости возмущений разных длин волн
-
Теория бифуркаций
- Изучение изменений в структуре системы при изменении параметров
- Бифуркации связаны с возникновением неустойчивостей
-
Лабораторные и вычислительные эксперименты
- Физические эксперименты полезны для понимания изменений в потоке
- Вычислительные методы упрощают и ускоряют анализ сложных теорий
-
Computational analysis and its applications
- С 1980-х годов вычислительный анализ стал более полезным благодаря улучшению алгоритмов решения уравнений, таких как уравнение Навье-Стокса.
- Это позволяет более точно интегрировать различные типы потоков.
-
Kelvin–Helmholtz instability
- Возникает при наличии двух жидкостей с разными скоростями.
- Разница в скоростях вызывает сдвиговую скорость на границе слоев.
- Сдвиговая скорость одной жидкости вызывает сдвиговое напряжение на другой, что приводит к неустойчивости на границе.
- Это явление можно наблюдать в атмосферах планет, таких как Сатурн и Юпитер.
- Метеорологические спутники используют эту нестабильность для измерения скорости ветра над большими водоемами.
-
Rayleigh–Taylor instability
- Возникает между двумя жидкостями с разными плотностями.
- Легче жидкость стремится вверх, а тяжелее — вниз.
- Если тяжелее жидкость на поверхности, система неустойчива.
- Это явление можно наблюдать в межзвездном газе и объясняет образование грибовидных облаков.
- Rayleigh–Taylor instability влияет на климат Земли, вызывая океанические течения и перенос тепла.
-
Instability driven by colloidal diffusiophoresis
- Присутствие коллоидных частиц в жидкости вызывает конвективную гидродинамическую нестабильность.
- Коллоидные частицы мигрируют вверх, что приводит к локальному увеличению плотности.
- Это объясняет формирование сложных узоров у животных, таких как полосы у тропических рыб.