具有内部毛细作用的黏性流体中Rayleigh-Taylor不稳定性的数学理论
批准号:
12101305
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张志朋
依托单位:
学科分类:
混合型方程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张志朋
中文摘要
Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性是流体力学中著名的不稳定性之一,其数学理论的研究一直是应用数学和工程技术领域中的热点问题之一。.本项目旨在研究具有内部毛细作用的黏性流体RT不稳定性。首先,我们分别在有界域与条形区域内研究具有内部毛细作用的非均匀不可压黏性流体RT不稳定性,分析毛细作用是否可抑制RT不稳定性及区域形状的改变是否有助于毛细作用抑制RT不稳定性。其次,我们研究分层具有内部毛细作用的等熵可压缩黏性流体RT不稳定性,分析毛细作用是否可抑制RT不稳定性。最后,我们分别在有界域与条形区域内研究具有内部毛细作用的非等熵可压缩无热传导黏性流体RT不稳定性,分析毛细作用是否可抑制RT不稳定性及可压缩性、温度变化与区域形状的改变是否有助于毛细作用抑制RT不稳定性。.上述研究内容不仅是应用数学中的前沿课题,有极其重要的理论意义,而且紧密联系应用科学和工程技术实际,有广阔的应用前景。
英文摘要
The Rayleigh-Taylor (RT) instability is one of the famous instability in fluid dynamics, and the research of its mathematical theory has always been a hot topic in the field of applied mathematics and engineering technology. .In this project, we will focus on the RT instability in viscous fluids with internal capillarity. First, we study the RT instability in inhomogeneous incompressible viscous fluids with internal capillarity in bounded and strip domains respectively, and analyze whether the capillarity can inhibit the RT instability or not, and whether the change of the domain shape can help the capillarity to inhibit the RT instability or not. Second, we consider the RT instability in stratified isentropic compressible viscous fluids with internal capillarity, and analyze whether the capillarity can inhibit the RT instability or not. Finally, we investigate the RT instability in non-isentropic compressible viscous fluids with internal capillarity and without heat conductivity in bounded and strip domains respectively, and analyze whether the capillarity can inhibit the RT instability or not, and whether the compressibility, and the changes of the temperature and the domain shape can help the capillarity to inhibit the RT instability or not..The above research contents are not only the frontier topics in applied mathematics, and has extremely important theoretical significance, but also closely connected with applied science and engineering technology, and has wide prospective application.
本项目致力于研究流体力学中Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性的数学理论,主要研究了具有内部毛细作用不可压黏性流体中的RT不稳定性。项目的主要研究成果包括:对于具有内部毛细作用不可压黏性流体中的RT不稳定性问题,给出了毛细系数的阈值,证明了当毛细系数大于该阈值时毛细作用能够抑制RT不稳定性的发生,反之,RT不稳定性依然会发生;为了深入研究具有内部毛细作用不可压黏性流体中的RT不稳定性,我们需充分挖掘非均匀不可压Navier-Stokes-Korteweg(NSK)方程组的内蕴结构,为此,研究了该方程组的毛细-黏性联合消失极限问题,证明了当毛细系数与黏性系数同时趋于零时非均匀不可压NSK方程组的解收敛至非均匀不可压Euler方程组的解;我们还研究了速度场满足Navier边界条件时齐次不可压Navier-Stokes方程组平凡稳态解的稳定性,给出了滑移系数的阈值,证得当滑移系数大于该阈值时平凡稳态解是稳定的,反之,平凡稳态解是不稳定的。. 本项目所取得的研究成果丰富了RT不稳定性的数学理论,具有重要的理论意义,而且可为计算数学和工程应用提供必要的理论支撑。
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