Dynamic generation of capillary waves

We investigate the dynamic generation of capillary waves in two-dimensional, inviscid, and irrotational water waves with surface tension. É bem conhecido que ondas Capilares curtas aparecem na frente das ondas de água íngremes. Embora vários estudos experimentais e analíticos tenham contribuído para a compreensão deste fenômeno físico, o mecanismo preciso que gera a formação dinâmica das ondas Capilares ainda não é bem compreendido. Usando um método integral de fronteiras numericamente estável e espectralmente preciso, realizamos um estudo sistemático da evolução temporal das ondas quebrando na presença de tensão superficial. Descobrimos que as ondas capilares se originam perto da crista Em um bairro, onde tanto a curvatura e sua derivada são máximas. Para a tensão superficial fixa, mas pequena, o máximo de curvatura aumenta no tempo e a interface desenvolve um trem oscilatório de ondas capilares na frente da crista. Nossos experimentos numéricos também mostram que, à medida que o tempo aumenta, a interface tende a uma possível formação de bolhas presas através da auto-intersecção. Por outro lado, durante um tempo fixo, à medida que o coeficiente de tensão superficial τ é reduzido, tanto o comprimento de onda capilar como a sua amplitude diminuem não linearmente. As soluções de interface aproximam-se do perfil τ=0. No início dos capilares, a derivada da convecção é comparável à do termo gravidade na condição de contorno dinâmico e a tensão superficial torna-se apreciável em relação a estes dois termos. Descobrimos que, com base na onda τ=0, é possível estimar um valor limiar τ0 tal que se τ⩽τ0 então não surgem ondas Capilares. Por outro lado, Para τ suficientemente grande, a ruptura é inibida e observa-se o movimento capilar puro. O comportamento limitante é muito semelhante ao da equação KdV clássica. Também investigamos o efeito da viscosidade na geração de ondas Capilares. Descobrimos que as ondas Capilares ainda persistem enquanto a viscosidade não for significativamente maior do que a tensão superficial.

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