Vortex dynamics and blow-up phenomena in two dimensions
Vortex dynamics and blow-up phenomena in two dimensions
批准号:
444615381
负责人:
Professor Dr. Mohameden Ahmedou
金额:
$0.0万
依托单位:
依托单位国家:
德国
项目类别:
Research Grants
财政年份:
--
资助国家:
德国
项目状态:
未结题
起止时间:
中文摘要
域中或黎曼曲面上的N个点涡的动力学由一阶哈密顿系统描述,该系统可以追溯到Kirchhoff和Routh(19世纪80年代)。这个哈密顿系统和偏微分方程之间有许多有趣的关系。它是从理想流体的二维欧拉方程推导出的奇异极限,假设涡量集中在N个不同的点上,类似于天体力学中的点质量概念。Kirchhoff-Routh哈密顿量依赖于Dirichlet拉普拉斯算子的绿色函数,并且当涡彼此靠近或接近域的边界时是奇异的。同样类型的汉密尔顿函数也出现在数学物理学的其他问题中,例如在金斯堡-朗道理论中作为涡旋动力学的重整化能量。大量涡旋的统计力学导致了平均场类型的偏微分方程,可以追溯到昂萨格关于二维湍流的工作。令人惊讶的是,平均场型方程也出现在微分几何中。解可以用变分方法得到,但是,相关的欧拉-拉格朗日泛函对于某些临界参数值可能不是紧致的:可能有梯度流的轨道在狄拉克三角形的和的测量意义上收敛,这些三角形位于涡哈密顿量的临界点,该涡哈密顿量类似于但比基尔霍夫-劳斯函数更复杂。因此,关于涡旋哈密顿算子临界点的信息对于理解与平均场型方程相关联的泛函的紧致性损失是至关重要的。这个信息也是重要的,当一个人想要构建爆破解决方案,即家庭的解决方案,收敛的意义上的措施对总和的狄拉克三角洲作为一个参数接近一个临界值。作为最后一个出现涡型汉密尔顿函数的例子,我们提到了对户田系统爆破现象的研究。研究区域内或黎曼曲面上的点涡动力学,特别是寻找基尔霍夫-劳斯哈密顿量的临界点平衡点,并寻找周期解.发展平均场型方程的莫尔斯理论,特别是寻找涡旋哈密顿量的临界点,最终目的是证明平均场方程解的存在性和多重性,以及构造爆破解.发展了SU(3)户田系统的莫尔斯理论,并在Neumann边界条件或曲面上建立了解的存在性和多重性,以及构造爆破解。
英文摘要
The dynamics of N point-vortices in a domain or on a Riemann surface is described by a first order Hamiltonian system that goes back to Kirchhoff and Routh (1880s). There are many fascinating relations between this Hamiltonian system and partial differential equations. It has been derived as a singular limit from the 2D Euler equations for an ideal fluid assuming that the vorticity is concentrated in N different points, analogous to the concept of point-masses in celestial mechanics. The Kirchhoff-Routh Hamiltonian depends on the Green function of the Dirichlet Laplace operator and is singular when vortices come close to each other or approach the boundary of the domain. The same type of Hamilton function appears in other problems from mathematical physics, for instance as renormalized energy for the dynamics of vortices in the Ginzburg-Landau theory.Statistical mechanics for large numbers of vortices leads to partial differential equations of mean field type, going back to work of Onsager on two-dimensional turbulence. Surprisingly, mean field type equations arise also in differential geometry. Solutions can be obtained with variational methods, the associated Euler-Lagrange functionals, however, may not be compact for certain critical parameter values: there may be orbits of the gradient flow that converge in the sense of measures to sums of Dirac deltas which are located at critical points of a vortex Hamiltonian that is similar to but more complicated than the Kirchhoff-Routh function. Therefore information about critical points of vortex Hamiltonians is crucial for understanding the loss of compactness of the functionals associated to mean field type equations. This information is also important when one wants to construct blow-up solutions, i.e. families of solutions that converge in the sense of measures towards sums of Dirac deltas as a parameter approaches a critical value. As a last example where vortex type Hamilton functions appear we mention the study of blow-up phenomena for Toda systems.The principal goals of this project are:1. to investigate point-vortex dynamics in a domain or on a Riemann surface, in particular to find equilibria as critical points of the Kirchhoff-Routh Hamiltonian, and to find periodic solutions.2. to develop Morse theory for mean field type equations, in particular to find critical points of vortex Hamiltonians, the ultimate goal being the proof of existence and multiplicity of solutions of mean field equations as well as the construction of blow-up solutions.3. to develop Morse theory for the SU(3) Toda system with Neumann boundary conditions or on surfaces in order to establish existence and multiplicity of solutions and to construct blow-up solutions.
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