The calculation of the fine structure in two-dimensional periodic flows in a compressible atmosphere

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on a linearized system of fundamental equations for the mechanics of compressible and heterogeneous fluids and gases, including an equation of state for the medium, methods from the theory of singular perturbation theory are used to compute complete dispersion relations for periodic flows. Regular components of the solution describe waves and, in limiting transitions, are reduced to known relationships from linear wave theory. Singular solutions inherent to all wave types – acoustic and gravitational – characterize ligaments that form the fine-scale structure of a heterogeneous medium. These singularities are lost as one moves towards idealized environments.

About the authors

A. A. Ochirov

Ishlinsky Institute for problems in mechanics RAS; Demidov Yaroslavl State University

Email: otchirov@mail.ru
Moscow, Russia; Yaroslavl, Russia

U. O. Trifonova

Demidov Yaroslavl State University

Author for correspondence.
Email: otchirov@mail.ru
Yaroslavl, Russia

Y. D. Chashechkin

Ishlinsky Institute for problems in mechanics RAS

Email: yulidch@gmail.com
Moscow, Russia

References

  1. Darrigol O.Worlds of Flow. A History of Hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl. Oxford: Univ. Press, 2005. 356 p.
  2. Krasilnikov V.A.Introduction to Acoustics: Textbook. Moscow: MSU, 1992. 152 p. (in Russian)
  3. Brekhovskikh L.M., Godin O.A.Acoustics of Inhomogeneous Media. Moscow: Nauka, 2007. (in Russian)
  4. Sretensky L.N.Theory of Wave Motions of a Liquid. 1936. 304 p. (in Russian)
  5. LeBlond P.H.; Mysak L.A.Waves in the Ocean. Elsevier Oceanogr. Ser.; Elsevier Science, 1981. 602 p.
  6. Slunyaev A.V., Pelinovsky D.E., Pelinovsky E.N.Rogue waves in the sea: observations, physics, and mathematics // Phys. Usp., 2023, vol. 66, no. 2, pp. 148–172.
  7. Rudenko O.V.Nonlinear waves: some biomedical applications // Phys. Usp., 2007, vol. 50, no. 4, рр. 359.
  8. Whitham G.B. Linear and Nonlinear Waves. Wiley, 2011.
  9. Pinault J.-L.A review of the role of the oceanic Rossby waves in climate variability // J. Mar. Sci. Eng., 2022, vol. 10,no.4,pp. 493.
  10. Tolstoy I., Clay C.S.Ocean Acoustics: Theory and Experiment in Underwater Sound. McGraw-Hill, UK, 1966. 293 p.
  11. Fedorov K.N.The Thermohaline Finestructure of the Ocean. Pergamon, 1978. 179 p.
  12. Chunchuzov I.P., Kulichkov S.P.Propagation of Infrasound Waves in an Anisotropic Fluctuating Atmosphere. Moscow: Geos, 2020. 260 p. (in Russian)
  13. Landau L.D., Lifshitz E.M.Fluid Mechanics. V. 6. Course of Theoretical Physics. Oxford (UK): Pergamon, 1987. 560 p.
  14. Müller P.The Equations of Oceanic Motions. Cambridge: Univ. Press, 2006.
  15. Vallis G.K.Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics. Cambridge:Univ. Press, 2017.
  16. Nayfeh A.H.Introduction to Perturbation Technique. N.Y.: Wiley, 1993. 536 p.
  17. Chashechkin Yu.D.Conventional partial and new complete solutions of the fundamental equations of fluid mechanics in the problem of periodic internal waves with accompanying ligaments generation // Mathematics, 2021, vol. 9, no. 6, art. no. 586.
  18. Сhashechkin Yu.D., Ochirov A.A.Periodic waves and ligaments on the surface of a viscous exponentially stratified fluid in a uniform gravity field // Axioms,2022, vol. 11,no.8,art. no.402.
  19. Chashechkin Y.D.Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms, 2021, vol. 10, no. 4,art. no.286.
  20. US Standard Atmosphere 1976. NOAA-S/T-76-1562. NASA-TM-X-74335. Accession No. 77N16482. https://ntrs.nasa.gov/citations/19770009539
  21. GOST 4401-81. Interstate standard: The atmosphere is standard. Parameters. Date of introduction: 07/01. 1982. IPK. Standards Publ. House, 2004. Updated 08/20/2023. (in Russian) https://standartgost.ru/g/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2_4401-81
  22. RayleighL.Investigation of the character of the equilibrium of an incompressible heavy fluid of variable density // Proc. of the London Math. Soc., 1882, vol. 1, no. 1, pp. 170–177.
  23. Smirnov S.A., Chashechkin Yu.D., Il'inykh Yu.S.High-accuracy method for measuring profiles of buoyancy periods // Measur. Techn., 1998, vol. 41, no. 6, pp. 514–519.
  24. Teoh S.G., Ivey G.N., Imberger J.Laboratory study of the interaction between two internal wave rays // J. of Fluid Mech., 1997, vol. 336, pp. 91–122.
  25. Chashechkin Yu.D.Singularly perturbed components of flows – linear precursors of shock waves // Math. Model. Nat. Phenom., 2018, vol. 13,no.2, pp. 1–29.
  26. Chashechkin Yu.D., Kistovich Yu.V.Problem of generation of monochromatic internal waves: Exacts solution and a model of power sources // Dokl. RAN, 1997, vol. 355, no. 1, pp. 54–57.
  27. Kistovich Yu.V., Chashechkin Yu.D.An exact solution of a linearized problem of the radiation of monochromatic internal waves in a viscous fluid // JAMM, 1999, vol. 63, iss. 4, pp. 587–594.
  28. Kistovich A.V., Chashechkin Yu.D.Regular and singular components of periodic flows in the fluid interior // JAMM, 2007, vol. 71, no. 5, pp. 762–777.
  29. Kistovich A.V., Chashechkin Y.D.Dynamics of gravity-capillary waves on the surface of a nonuniformly heated fluid // Izv. Atmos.&Ocean. Phys., 2007, vol. 43, pp. 95–102.
  30. Ochirov A.A., Chashechkin Yu.D.Two-dimensional surface periodic flows of an incompressible fluid in various models of the medium // Izv. Atmos.&Ocean. Phys., 2024, vol. 60, no. 1, pp. 1–14. https://doi.org/10.1134/S0001433824700087. ISSN 0001-4338
  31. Chashechkin Yu.D.The laws of the matter distribution in a colored free-falling drop in a transparent target fluid (Review) // Fluid Dyn., 2024, vol. 59, no. 6, pp. 1693–1734.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».