An operator expansion method for computing nonlinear surface waves on a ferrofluid jet
An operator expansion method for computing nonlinear surface waves on a ferrofluid jet
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计算铁磁流体射流非线性表面波的算子展开法
DOI：
10.1016/j.jcp.2016.05.055
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发表时间：
2016
影响因子：
4.1
通讯作者：
Guyenne P
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Guyenne P
提出了一种新的数值方法来模拟磁流体射流表面轴对称非线性波的时间演化。它是基于减少这个问题的一个低维的计算涉及表面变量单独。要做到这一点，我们描述了相关的狄利克雷-诺依曼算子的泰勒级数展开，其中每一项可以有效地计算的伪谱计划，使用快速傅立叶变换。我们展示了详细的数值试验，这个运营商的收敛性，并说明我们的方法的性能，我们模拟长时间的传播和成对碰撞的轴对称孤立波。通过改变磁场，可以检查低压波和仰角波。还提供了与弱非线性预测的比较。
We present a new numerical method to simulate the time evolution of axisymmetric nonlinear waves on the surface of a ferrofluid jet. It is based on the reduction of this problem to a lower-dimensional computation involving surface variables alone. To do so, we describe the associated Dirichlet–Neumann operator in terms of a Taylor series expansion where each term can be efficiently computed by a pseudo-spectral scheme using the fast Fourier transform. We show detailed numerical tests on the convergence of this operator and, to illustrate the performance of our method, we simulate the long-time propagation and pairwise collisions of axisymmetric solitary waves. Both depression and elevation waves are examined by varying the magnetic field. Comparisons with weakly nonlinear predictions are also provided.
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