A Nonlinear Schrеdinger Equation for Gravity-Capillary Waves on Deep Water with Constant Vorticit

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The surface gravity-capillary waves on deep water with constant vorticity in the region
bounded by the free surface and the infinitely deep plane bottom are considered. A nonlinear Schrödinger equation is derived from a system of exact nonlinear integro-differential equations in conformal variables written in the implicit form taking into account surface tension. In deriving the nonlinear Schrödinger equation, the role of the mean flow is taken into account. The nonlinear Schrödinger equation is investigated for modulation instability. A soliton solution of the nonlinear Schrödinger equation that represents a soliton of the “ninth wave” type is obtained. bounded by the free surface and the infinitely deep plane bottom are considered. A nonlinear Schrödinger equation is derived from a system of exact nonlinear integro-differential equations in conformal
variables written in the implicit form taking into account surface tension. In deriving the nonlinear Schrödinger equation, the role of the mean flow is taken into account. The nonlinear Schrödinger equation is investigated for modulation instability. A soliton solution of the nonlinear Schrödinger equation that represents a soliton of the “ninth wave” type is obtained.

About the authors

M. I. Shishina

Nizhny Novgorod Planetarium named after G.M. Grechko

Author for correspondence.
Email: java-jsp@yandex.ru
Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Захаров В.Е. Устойчивость периодических волн конечной амплитуды на поверхности глубокой жидкости // Журн. ПМТФ. 1968. № 2. С. 86–94.
  2. Davey A. The propagation of a weakly nonlinear wave // J. Fluid Mech. 1972. V. 53. P. 769–781.
  3. Hasimoto H., Ono H. Nonlinear modulation of gravity waves // J. Phys. Soc. Japan. 1972. V. 33. P. 805–811.
  4. Yuen H.C., Lake B.M. Nonlinear deep water waves: Theory and experiment // Phys. Fluids. 1975. V. 18. P. 956–960.
  5. Johnson R.S. On the modulation of water waves on shear flows // Proc. R. Soc. Lond. A. 1976. V. 347. P. 537–546.
  6. Li J.C., Hui W.H. and Donelan M.A. Effects of velocity shear on the stability of surface deep water wave trains // Nonlinear Water Waves K. Horikawa and H. Maruo. Eds. Springer. 1987. P. 213-220.
  7. Oikawa M., Chow K., Benney D.J. The propagation of nonlinear wave packets in a shear flow with a free surface // Stud. Appl. Math. 1987. V. 76. P. 69–92.
  8. Baumstein A. I. Modulation of gravity waves with shear in water // Stud. Appl. Math. 1998. V. 100. P. 365–390.
  9. Thomas R., Kharif C., Manna M. A nonlinear Schrödinger equation for water waves on finite depth with constant vorticity // Phys. Fluids. 2012. V. 24. 127102.
  10. Simmen J.A., Saffman P.G. Steady deep-water waves on a linear shear current // Stud. Appl. Maths. 1985. V. 73. P. 35–57.
  11. Hsu H.C., Kharif C., Abid M., Chen Y.Y. A nonlinear Schrödinger equation for gravity–capillary water waves on arbitrary depth with constant vorticity. Part 1. // J. Fluid. Mech. 2018. V. 854. P. 146–163.
  12. Досаев А.С., Троицкая Ю.И., Шишина М.И. Моделирование в переменных Дьяченко поверхностных гравитационных волн на свободной границе потока с постоянной завихренностью // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 1. С. 62–73.
  13. Овсянников Л.В. К обоснованию теории мелкой воды // Динамика сплошной среды // Сб. науч. тр. СО АН СССР. Новосибирск: Ин-т гидродинамики, 1973. Вып. 15. С. 104–125.
  14. Dyachenko A.I., Kuznetsov E.A., Spector M.D., Zakharov V.E. Analytical description of the free surface dynamics of an ideal fluid (canonical formalism and conformal mapping) // Phys. Lett. A. 1996. V. 221. № 1–2. P. 73–79.
  15. Дьяченко А.И., Захаров В.Е., Кузнецов Е.А. Нелинейная динамика свободной поверхности идеальной жидкости // Физика плазмы. 1996. V. 22. № 10. P. 916–928. [Dyachenko A.I., Zakharov V.E., Kuznetsov E.A. Nonlinear dynamics of the free surface of an ideal fluid // Plasma Phys. Reports. 1996. V. 22. № 10. P. 829–840.].
  16. Дьяченко А.И. О динамике идеальной жидкости со свободной поверхностью // Докл. АН. 2001. Т. 376. № 1. С. 27–29.
  17. Zakharov V.E., Dyachenko A.I., Vasilyev O.A. New method for numerical simulation of a nonstationary potential flow of incompressible fluid with a free surface // Eur. J. Mech. B Fluids. 2002. V. 21. P. 283–291.
  18. Chalikov D., Sheinin D. Numerical modeling of surface waves based on principal equations of potential wave dynamics // Technical Note. NOAA/NCEP/OMB: 1996. P. 54.
  19. Chalikov D., Sheinin D. Modeling of Extreme Waves Based on Equations of Potential Flow with a Free Surface // J. Comp. Phys. 2005. V. 210. P. 247–273.
  20. Ruban V.P. Water waves over a time-dependent bottom: Exact description for 2D potential flows // Phys. Let. A. 2005. V. 340. № 1–4. P. 194–200.
  21. Шишина М.И. Стационарные поверхностные гравитационные волны на свободной границе потока с постоянной завихренностью // Процессы в геосредах. 2016. V. 8. С. 71–77.
  22. Ruban V.P. Explicit equations for two-dimensional water waves with constant vorticity // Phys. Rev. 2008. E. 77. 037302.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 М.И. Шишина

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».