RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2025
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2025

 / 

Ноябрь

←  →

К 60-летию Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау. Обзоры актуальных проблем


Нелинейная генерация течений волнами на поверхности жидкости

†  а, б, ‡  в, §  а, б
а Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН, просп. Академика Семенова 1А, Черноголовка, Московская обл., 142432, Российская Федерация
б Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», ул. Мясницкая 20, Москва, 101000, Российская Федерация
в Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН, ул. Академика Осипьяна 2, Черноголовка, Московская обл., 142432, Российская Федерация

Затухание поверхностных волн из-за вязкой диссипации сопровождается возбуждением медленных вихревых течений благодаря сохранению полного импульса. Мы представляем теоретическую модель для волн малой амплитуды, объясняющую эксперименты по генерации вихревых течений скрещенными волнами. Особое внимание уделено влиянию поверхностных загрязнений, которое учтено в рамках модели тонкой жидкой эластичной плёнки, приводящей к усилению диссипации волн и интенсификации вихревых течений. При увеличении амплитуды течений необходимо учитывать их взаимодействие с волнами. Предложена теоретическая схема, описывающая данное взаимодействие, с демонстрацией её применимости к классическим задачам: волнам Гуйона, распространению коротких волн навстречу течению и циркуляции Ленгмюра. В заключение описаны экспериментальные данные для турбулентного режима генерации течений, реализующегося при достаточно большой амплитуде волн, и обозначены открытые вопросы в этом направлении.

Текст pdf (1,3 Мб)
Ключевые слова: волны на поверхности жидкости, поверхностная плёнка, вихревое течение, массовый транспорт, дрейф Стокса, виртуальное волновое напряжение, вихревая сила, рассеяние и преломление волн
PACS: 05.45.−a, 92.10.hb (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.08.039992
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/11/e/
Цитата: Вергелес С С, Левченко А А, Парфеньев В М "Нелинейная генерация течений волнами на поверхности жидкости" УФН 195 1199–1220 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 30 марта 2025, доработана: 3 августа 2025, 5 августа 2025

English citation: Vergeles S S, Levchenko A A, Parfenyev V M “Nonlinear generation of currents by waves on liquid surface” Phys. Usp. 68 (11) (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2025.08.039992

Список литературы (109) ↓

  1. Stokes G G Trans. Cambridge Philos. Soc. 8 441 (1847)
  2. Longuet-Higgins M S Philos. Trans. R. Soc. A 245 535 (1953)
  3. Longuet-Higgins M S Proc. R. Soc. London A 311 371 (1969)
  4. Weber J E J. Geophys. Res. Oceans 106 11653 (2001)
  5. Stuart J T J. Fluid Mech. 24 673 (1966)
  6. Ünlüata U, Mei C C J. Geophys. Res. 75 7611 (1970)
  7. Dore B D Quart. J. Mech. Appl. Math. 30 157 (1977)
  8. Madsen O S J. Phys. Oceanogr. 8 1009 (1978)
  9. Weber J E J. Fluid Mech. 137 115 (1983)
  10. Xu Z, Bowen A J J. Phys. Oceanogr. 24 1850 (1994)
  11. Eeltink D et al Wave Motion 97 102610 (2020)
  12. Filatov S V et al Phys. Rev. Lett. 116 054501 (2016)
  13. Филатов С В, Алиев С А, Левченко А А, Храмов Д А Письма в ЖЭТФ 104 714 (2016); Filatov S V, Aliev S A, Levchenko A A, Khramov D A JETP Lett. 104 702 (2016)
  14. Francois N et al Nature Commun. 8 14325 (2017)
  15. Xia H et al Fluids 4 (2) 74 (2019)
  16. Abella A P, Soriano M N Phys. Scr. 95 085007 (2020)
  17. Филатов С В, Орлов А В, Бражников М Ю, Левченко А А Письма в ЖЭТФ 108 549 (2018); Filatov S V, Orlov A V, Brazhnikov M Yu, Levchenko A A JETP Lett. 108 519 (2018)
  18. Абелла А П, Сориано М Н ЖЭТФ 157 539 (2020); Abella A P, Soriano M N J. Exp. Theor. Phys. 130 452 (2020)
  19. Smirnova D A, Nori F, Bliokh K Y Phys. Rev. Lett. 132 054003 (2024)
  20. Wang B et al Nature 638 394 (2025)
  21. von Kameke A et al Phys. Rev. Lett. 107 074502 (2011)
  22. Francois N et al Phys. Rev. Lett. 110 194501 (2013)
  23. Francois N et al Phys. Rev. X 4 021021 (2014)
  24. Colombi R, Schlüter M, von Kameke A Exp. Fluids 62 8 (2021)
  25. Colombi R et al Fluids 7 (5) 148 (2022)
  26. Левич В Г ЖЭТФ 10 1296 (1940)
  27. Левич В Г ЖЭТФ 11 340 (1941)
  28. Левич В Г Физико-химическая гидродинамика 3-е изд., испр. и доп. (М.-Ижевск: Инст. компьт. исслед., 2016); Пер. 1-го изд. на англ. яз., Levich V G Physicochemical Hydrodynamics (Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1962)
  29. Miles J W Proc. R. Soc. London A 297 459 (1967)
  30. Lucassen-Reynders E H, Lucassen J Adv. Colloid Interface Sci. 2 347 (1970)
  31. Henderson D M J. Fluid Mech. 365 89 (1998)
  32. Henderson D M, Segur H J. Geophys. Res. Oceans 118 5074 (2013)
  33. Campagne A et al Phys. Rev. Fluids 3 044801 (2018)
  34. Van Dorn W G J. Fluid Mech. 24 769 (1966)
  35. Parfenyev V M, Vergeles S S, Lebedev V V Phys. Rev. E 94 052801 (2016)
  36. Parfenyev V M, Vergeles S S Phys. Rev. Fluids 3 064702 (2018)
  37. Parfenyev V M et al Phys. Rev. Fluids 4 114701 (2019)
  38. Langevin D Annu. Rev. Fluid Mech. 46 47 (2014)
  39. Francois N et al Phys. Rev. E 92 023027 (2015)
  40. Parfenyev V M, Vergeles S S Phys. Rev. Fluids 5 094702 (2020)
  41. Filatov S V, Poplevin A V, Levchenko A A, Parfenyev V M Physica D 434 133218 (2022)
  42. Riley N Annu. Rev. Fluid Mech. 33 43 (2001)
  43. Lord Rayleigh Philos. Trans. R. Soc. London 175 1 (1884)
  44. Boluriaan S, Morris P Int. J. Aeroacoust. 2 255 (2003)
  45. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Гидродинамика (М.: Физматлит, 2001); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Fluid Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1987)
  46. Subbotin S, Shiryaeva M Microgravity Sci. Technol. 34 89 (2022)
  47. Subbotin S et al Phys. Fluids 35 074110 (2023)
  48. Riley N IMA J. Appl. Math. 3 419 (1967)
  49. Lyubimova T P et al Microgravity Sci. Technol. 37 45 (2025)
  50. Parfenyev V M, Vergeles S S, Lebedev V V Письма в ЖЭТФ 103 220 (2016); Parfenyev V M, Vergeles S S, Lebedev V V JETP Lett. 103 201 (2016)
  51. Parfenyev V M, Vergeles S S, Lebedev V V JETP Lett. 104 287 (2016)
  52. Yablonskii S V, Kurbatov N M, Parfenyev V M Phys. Rev. E 95 012707 (2017)
  53. Филатов С В, Левченко А А, Межов-Деглин Л П Письма в ЖЭТФ 111 653 (2020); Filatov S V, Levchenko A A, Mezhov-Deglin L P JETP Lett. 111 549 (2020)
  54. Филатов С В, Храмов Д А, Левченко А А Письма в ЖЭТФ 106 305 (2017); Filatov S V, Khramov D A, Levchenko A A JETP Lett. 106 330 (2017)
  55. Boffetta G, Ecke R E Annu. Rev. Fluid Mech. 44 427 (2012)
  56. Craik A D D, Leibovich S J. Fluid Mech. 73 401 (1976)
  57. Holm D D Physica D 98 415 (1996)
  58. Vergeles S S, Vointsev I A Phys. Fluids 36 034119 (2024); Vergeles S S, Vointsev I A arXiv:2310.19533
  59. Абрашкин А А, Пелиновский Е Н УФН 192 491 (2022); Abrashkin A A, Pelinovsky E N Phys. Usp. 65 453 (2022)
  60. Stewart R H, Joy J W Deep Sea Res. Oceanogr. Abstracts 21 1039 (1974)
  61. Andrews D G, McIntyre M J. Fluid Mech. 89 647 (1978)
  62. Степанянц Ю А, Фабрикант А Л Распространение волн в сдвиговых потоках (М.: Физматлит, 1996); Пер. на англ. яз., Fabrikant A L, Stepanyants Yu A Propagation of Waves in Shear Flows (Singapore: World Scientific, 1998)
  63. Peregrine D H Adv. Appl. Mech. 16 9 (1976)
  64. Басович А Я, Таланов В И Изв. АН СССР. Физ. атмосферы и океана 13 766 (1977)
  65. Craik A D D J. Fluid Mech. 81 209 (1977)
  66. Lamb H Hydrodynamics 6th ed. (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1975)
  67. Longuet-Higgins M S, Stewart R W J. Fluid Mech. 8 565 (1960)
  68. Longuet-Higgins M S, Stewart R Deep Sea Res. Oceanogr. Abstracts 11 529 (1964)
  69. van den Bremer T S, Breivik Ø Philos. Trans. R. Soc. A 376 20170104 (2018)
  70. Monismith S G J. Fluid Mech. 884 F1 (2020)
  71. van den Bremer T S et al J. Fluid Mech. 879 168 (2019)
  72. Calvert R et al Phys. Rev. Fluids 4 114801 (2019)
  73. Phillips O M The Dynamics of the Upper Ocean (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1977); Пер. на русск. яз., Филлипс О М Динамика верхнего слоя океана (Л.: Гидрометеоиздат, 1980)
  74. Степанянц Ю А, Фабрикант А Л УФН 159 83 (1989); Stepanyants Yu A, Fabrikant A L Sov. Phys. Usp. 32 783 (1989)
  75. Dysthe K B Proc. R. Soc. London A 369 105 (1979)
  76. Longuet-Higgins M S J. Fluid Mech. 17 459 (1963)
  77. Lucassen J Trans. Faraday Soc. 64 2221 (1968)
  78. Rajan G K Int. J. Eng. Sci. 154 103340 (2020)
  79. Alpers W, Hühnerfuss H J. Geophys. Res. Oceans 94 6251 (1989)
  80. Ruvinsky K D, Feldstein F I, Freidman G I J. Fluid Mech. 230 339 (1991)
  81. Gershuni G Z, Lyubimov D V Thermal Vibrational Convection (Chichester: John Wiley and Sons, 1998)
  82. Belonozhko D F, Kozin A V Fluid Dyn. 46 270 (2011)
  83. Shmyrov A V et al J. Fluid Mech. 877 495 (2019)
  84. Whitham G B Linear and Nonlinear Waves (New York: Wiley, 1974); Пер. на русск. яз., Уизем Дж Линейные и неинейные волны (М.: Мир, 1977)
  85. Камчатнов А М Теория линейных и нелинейных волн (М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2025)
  86. Lee K, Mizutani N Int. J. Offshore Polar Eng. 17 259 (2007)
  87. Romero L, Lenain L, Melville W K J. Phys. Oceanogr. 47 615 (2017)
  88. Thorpe S A Annu. Rev. Fluid Mech. 36 55 (2004)
  89. Fox-Kemper B, Johnson L, Qiao F Ocean Mixing: Drivers, Mechanisms and Impacts (Eds M Meredith, A N Garabato) (Amsterdam: Elsevier, 2022) p. 65-94
  90. Самодуров А С и др Морской гидрофизический журн. 39 735 (2023); Пер. на англ. яз., Samodurov A S et al Phys. Oceanogr. 30 689 (2023)
  91. Leibovich S Annu. Rev. Fluid Mech. 15 391 (1983)
  92. Kawamura T J. Marine Sci. Technol. 5 161 (2000)
  93. Fujiwara Y, Yoshikawa Y J. Phys. Oceanogr. 50 2323 (2020)
  94. Veron F, Melville W K J. Fluid Mech. 446 25 (2001)
  95. Craik A D D J. Fluid Mech. 125 37 (1982)
  96. Leibovich S J. Fluid Mech. 79 715 (1977)
  97. Molenaar D, Clercx H J H, van Heijst G J F Physica D 196 329 (2004)
  98. Xia H, Shats M, Falkovich G Phys. Fluids 21 125101 (2009)
  99. Bardóczi L et al Phys. Rev. E 90 063103 (2014)
  100. Doludenko A N et al Phys. Fluids 33 011704 (2021)
  101. Ruth D J, Coletti F J. Fluid Mech. 1001 A46 (2024)
  102. Jamin T, Berhanu M, Falcon E Phys. Rev. Fluids 10 034608 (2025); Jamin T, Berhanu M, Falcon E arXiv:2401.17871
  103. Flores O, Riley J J, Horner-Devine A R J. Fluid Mech. 821 248 (2017)
  104. Gorce J-B et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 116 25424 (2019)
  105. Hong S-H et al Sci. Adv. 6 eaaz9386 (2020)
  106. Falkovich G J. Fluid Mech. 638 1 (2009)
  107. Dias F, Dyachenko A I, Zakharov V E Phys. Lett. A 372 1297 (2008)
  108. Kolokolov I V, Lebedev V V, Parfenyev V M Phys. Rev. E 109 035103 (2024)
  109. Shikanian A, Parfenyev V Phys. Fluids 37 095127 (2025)
© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение