Generazione dinamica di onde capillari

Studiamo la generazione dinamica di onde capillari in onde d’acqua bidimensionali, inviscide e irrotazionali con tensione superficiale. È noto che brevi onde capillari appaiono nella parte anteriore anteriore delle onde d’acqua ripide. Sebbene vari studi sperimentali e analitici abbiano contribuito alla comprensione di questo fenomeno fisico, il meccanismo preciso che genera la formazione dinamica delle onde capillari non è ancora ben compreso. Utilizzando un metodo integrale di confine numericamente stabile e spettralmente preciso, eseguiamo uno studio sistematico dell’evoluzione temporale delle onde di rottura in presenza di tensione superficiale. Troviamo che le onde capillari hanno origine vicino alla cresta in un quartiere, dove sia la curvatura che la sua derivata sono massime. Per la tensione superficiale fissa ma piccola, la massima curvatura aumenta nel tempo e l’interfaccia sviluppa un treno oscillatorio di onde capillari nella parte anteriore anteriore della cresta. I nostri esperimenti numerici mostrano anche che, con l’aumentare del tempo, l’interfaccia tende a una possibile formazione di bolle intrappolate attraverso l’auto-intersezione. D’altra parte, per un tempo fisso, poiché il coefficiente di tensione superficiale τ è ridotto, sia la lunghezza d’onda capillare che la sua ampiezza diminuiscono in modo non lineare. Le soluzioni di interfaccia si avvicinano al profilo τ = 0. All’inizio dei capillari, la derivata della convezione è paragonabile a quella del termine di gravità nella condizione al contorno dinamica e la tensione superficiale diventa apprezzabile rispetto a questi due termini. Troviamo che, sulla base dell’onda τ=0, è possibile stimare un valore di soglia τ0 tale che se τ τ τ0 allora non sorgono onde capillari. D’altra parte, per τ sufficientemente grande, la rottura è inibita e si osserva un movimento capillare puro. Il comportamento limitante è molto simile a quello nella classica equazione KdV. Studiamo anche l’effetto della viscosità sulla generazione di onde capillari. Troviamo che le onde capillari persistono ancora finché la viscosità non è significativamente maggiore della tensione superficiale.

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