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热毛细薄膜:周期稳态和薄膜破裂。 (英语) Zbl 07867463号

摘要:我们研究了热毛细薄膜模型的定态周期解\[\partial_th+\partial_x\bigg(h^3\left(\partial _x^3h-g\partiall_x h\right)+M\frac{h^2}{\ left(1+h\ right)^2}\partial-xh\bigg)=0,\quad t>0,\,x\in\mathbb{R},\]它可以通过润滑近似从Bénard-Marangoni问题导出。当Marangoni数(M)增加超过临界值(M^ast)时,常解通过(守恒)长波不稳定性和周期平稳解分叉而变得光谱不稳定。对于固定周期,我们发现这些解位于具有固定波数和质量的平稳周期解的全局分岔曲线上。此外,我们还证明了全局分岔支路上的稳态周期解收敛于表现为膜破裂的弱平稳周期解。这些证明依赖于平稳问题的哈密顿公式和解析全局分岔理论的使用。最后,我们证明了分岔解在分岔点附近的不稳定性,并给出了在不稳定性开始附近控制动力学的振幅方程的形式推导。
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35立方厘米36 PDE背景下的模式形成
35B10型 PDE的周期性解决方案
35B32型 PDE背景下的分歧
35B35型 PDE环境下的稳定性
35天30分 PDE的薄弱解决方案
35K15型 二阶抛物方程的初值问题
35K59型 拟线性抛物方程
35K65型 退化抛物型方程
70公里50 力学非线性问题的分岔与不稳定性
37国集团15 动力系统中极限环和周期轨道的分岔
76A20个 液体薄膜
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参考文献:

[1] Bénard,H1900Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide(Revue générale des Sciences pures et appliquees)第11卷第1261-71、130928页第1261-711309-28页
[2] Bénard,H.,Les torbillons cellularies dans une nappe liquide transportant de la chaleur par confluence en réme permanent,Ann.Chim。物理。,23, 62-144, 1901
[3] 巴特森,W。;卡明斯,L.J。;Shirokoff,D。;Kondic,L.,厚板加热薄膜的振荡热毛细不稳定性,J.流体力学。,872, 928-62, 2019 ·Zbl 1430.76132号 ·doi:10.1017/jfm.2019.417
[4] 伯纳夫,A.J。;Bertozzi,A.L.,描述相变界面运动的修正Kuramoto-Sivashinsky方程中的奇点,Physica D,85,375-4041995·Zbl 0899.76190号 ·doi:10.1016/0167-2789(95)00054-8
[5] Bruell,G。;Dhara,R.N.,一类具有齐次符号的非局部方程的最大高度波,印第安纳大学数学系。J.,70,711-42,2021年·Zbl 1467.35085号 ·doi:10.1512/iumj.2021.70.8368
[6] Buffoni,B。;托兰德,J.,《全球分歧分析理论》,2003年,普林斯顿大学出版社·Zbl 1021.47044号
[7] Chicone,C.,平面哈密顿向量场周期函数的单调性,J.Differ。Equ.、。,69, 310-21, 1987 ·Zbl 0622.34033号 ·doi:10.1016/0022-0396(87)90122-7
[8] 克罗斯,M.C。;Hohenberg,P.C.,《平衡之外的模式形成》,修订版。物理。,65, 851-1112, 1993 ·Zbl 1371.37001号 ·doi:10.1103/RevModPhys.65.851
[9] Devaney,R.L.,可逆系统和哈密顿系统中的蓝天灾难,印第安纳大学数学系。J.,26247-631977年·Zbl 0362.58006号 ·doi:10.1512/iumj.1977.26.26018
[10] Doelman,A。;桑斯特德,B。;Scheel,A。;Schneider,G.,《调制波列的动力学》(美国数学学会回忆录第199卷),2009年,美国数学学会·Zbl 1179.35005号
[11] Dohnal、TRademacher、JUecker、HWetzel、DdeWitt、HMeiners、APde2path-2D椭圆系统中延续和分岔的Matlab包(可在www.staff.uni-oldenburg.de/hannes.uecker/pde2path上获得)·Zbl 1313.65311号
[12] 埃伦斯特罗姆,m。;埃舍尔,J。;Matioc,B.V.,周期马斯喀特问题的稳态指进模式,方法应用。分析。,20, 33-46, 2013 ·Zbl 1291.34042号 ·doi:10.4310/MAA.2013.v20.n1.a2
[13] 埃伦斯特罗姆,m。;Wahlén,E.,《关于Whitham关于非局部色散方程的最高尖波猜想》,《安娜·亨利·彭加勒研究所C》,第36期,第1603-37页,2019年·Zbl 1423.35059号 ·doi:10.1016/j.anihpc.2019.02.006
[14] Evans,L.C.,偏微分方程(数学研究生课程第19卷),2010年,美国数学学会·Zbl 1194.35001号
[15] Funada,T.,传热系统中由Marangoni不稳定性驱动的非线性表面波,J.Phys。Soc.日本,562031-81987·doi:10.1143/JPSJ.56.2031
[16] 希利,T.J。;Kielhöfer,H.,球面S^2上van der waals-cahn-hilliard模型的全局对称破缺分岔,J.Dyn。不同。Equ.、。,27, 705-20, 2015 ·Zbl 1339.35030号 ·doi:10.1007/s10884-013-9310-9
[17] Hildrum,F。;Xue,J.,一类负阶色散方程中的周期Hölder波,J.Differ。Equ.、。,343, 752-89, 2023 ·Zbl 1502.35037号 ·doi:10.1016/j.jde.2022.10.023
[18] 卡皮图拉,T。;Promislow,K.,非线性波的谱和动力学稳定性(应用数学科学第185卷),2013年,施普林格·Zbl 1297.37001号
[19] 加藤,T.,线性算子的扰动理论(数学经典第132卷),1995年,施普林格·兹比尔083647009
[20] Kielhöfer,H.,静止Cahn-Hilliard模型的模式形成,Proc。R.Soc.爱丁堡A,1271219-431997·Zbl 0886.35021号 ·文件编号:10.1017/S0308210500027037
[21] Kielhöfer,H.,分岔理论:偏微分方程应用简介(应用数学科学第156卷),2012年,Springer·兹比尔1230.35002
[22] Krishnamoorthy,S。;拉马斯瓦米,B。;Joo,S.W.,《由于热毛细作用导致的液膜自发破裂:全尺寸直接数值模拟》,Phys。流体,7,2291-31995·Zbl 1025.76509号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.868478
[23] Müller,V.,《线性算子的谱理论:Banach代数中的谱系统》(《算子理论、进展与应用》第139卷),2007年,Birkhäuser·Zbl 1208.47001号
[24] Mohammadtabar,A。;Nazaripoor,H。;A.里亚德。;Hemmati,A。;Sadrzadeh,M.,非牛顿薄膜的热毛细图案,物理。液体,342022·doi:10.1063/5.0087018
[25] Nazaripoor,H。;弗林,M.R。;科赫公司。;Sadrzadeh,M.,《受限液体纳米薄膜中热诱导界面不稳定性和图案形成》,Phys。版本E,98,2018·doi:10.1103/PhysRevE.98.043106
[26] Nepomnyashchii,A.A。;Simanovskii,I.B.,《具有可变形界面的层中的长波热毛细对流》,J.Appl。数学。机械。,54, 490-6, 1990 ·Zbl 0742.76076号 ·doi:10.1016/0021-8928(90)90061-E
[27] Nepomnyashchy,A.A。;Simanovskii,I.B.,多层系统中新型长波振荡marangoni不稳定性,Q.J.Mech。申请。数学。,50, 149-63, 1997 ·Zbl 0886.76031号 ·doi:10.1093/qjmam/50.1.149
[28] Nepomnyashchy,A.A。;Simanovskii,I.B.,超薄双层膜中的Marangoni不稳定性,物理学。流体,2007年19日·Zbl 1182.76557号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.2819748
[29] Nepomnyashchy,A.A。;Velarde,M.G.,《Marangoni-Bénard层中孤立波及其相互作用的三维描述》,Phys。流体,61987-981994·Zbl 0826.76020号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.868081
[30] Nepomnyashchy,A。;Shklyaev,S.,《液体中的长波振荡模式:复杂Ginzburg-Landau方程之外的世界》,J.Phys。A: 数学。理论。,49, 2015 ·Zbl 1342.76023号 ·doi:10.1088/1751-8113/49/5/053001
[31] Nepomnyashchy,A。;Simanovskii,I.,重力作用下双层膜中的非线性Marangoni波,Phys。流体,2012年24月·Zbl 1309.76020号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.3690167
[32] Nepomnyashchy,A。;西马诺夫斯基,I。;Legros,J.,多层系统中的界面对流(应用数学科学第179卷),2012年,美国施普林格·Zbl 1237.76002号
[33] Oron,A.,薄液膜中三维长波Marangoni不稳定性的非线性动力学,Phys。流体,121633-452000·Zbl 1184.76407号 ·doi:10.1063/1.870415
[34] 奥隆,A。;Davis,S.H。;Bankoff,S.G.,《液体薄膜的长尺度演化》,修订版。物理。,69, 931-80, 1997 ·doi:10.1103/RevModPhys.69.931
[35] Pearson,J.R A.,《关于表面张力诱导的对流细胞》,J.流体力学。,4, 489-500, 1958 ·Zbl 0082.18804号 ·doi:10.1017/S0022112058000616
[36] Runst,T。;Sickel,W.,分数阶Sobolev空间,Nemytskij算子和非线性偏微分方程(非线性分析和应用中的De Gruyter级数第3卷),1996,Walter De Gruyte·Zbl 0873.35001号
[37] Samoilova,A.E。;Lobov,N.I.,关于从下面加热的薄膜中的振荡Marangoni不稳定性,Phys。流体,2014年26月·数字对象标识代码:10.1063/1.4880038
[38] Samoilova,A。;Shklyaev,S.,《从下方加热的液气系统中的振荡Marangoni对流》,《欧洲物理学》。J.规格顶部。,224, 241-8, 2015 ·doi:10.1140/epjst/e2015-02356-4
[39] Schatz,M.F。;VanHook,S.J。;W.D.McCormick。;斯威夫特,J.B。;Swinney,H.L.,表面张力驱动Bénard对流的开始,物理学。修订稿。,75, 1938-41, 1995 ·doi:10.1103/PhysRevLett.75.1938
[40] Schneider,G.,Cahn-Hilliard《无界域中粘性不可压缩流体二次流的描述》,Z.Angew。数学。机械。,79, 615-26, 1999 ·Zbl 0929.76043号 ·doi:10.1002/(SICI)1521-4001(199909)79:9<615::AID-ZAMM615>3.0.CO;2-7
[41] 施耐德,G。;Uecker,H.,《非线性偏微分方程:动力学系统方法》(数学研究生课程第182卷),2017年,美国数学学会·Zbl 1402.35001号
[42] 什克利亚耶夫,S。;Alabushev,A.A。;Khenner,M.,从下方加热的薄膜中的长波Marangoni对流,Phys。版本E,85,2012·doi:10.1103/PhysRevE.85.016328
[43] Shklyaev,S。;Nepomnyashchy,A.,流体中的长波不稳定性和模式(数学流体力学进展),2017年,Springer·Zbl 1384.76001号
[44] Sivashinsky,G.I.,非线性Marangoni对流中的大细胞,Physica D,4,227-351982·Zbl 1194.76054号 ·doi:10.1016/0167-2789(82)90063-X
[45] Sivashinsky,G.I.,《关于稀二元合金凝固过程中的细胞不稳定性》,《物理D》,8,243-81983年·doi:10.1016/0167-2789(83)90321-4
[46] 美国蒂勒。;Knobloch,E.,轻微倾斜加热板上的液体薄膜,Physica D,190213-482004·Zbl 1063.76032号 ·doi:10.1016/j.physd.2003.09.048
[47] Uecker,H.,非线性偏微分方程中的数值连续性和分岔,202101,工业和应用数学学会
[48] Uecker,H。;韦策尔,D。;Rademacher,J.,Pde2path-二维椭圆系统中连续和分叉的Matlab包,数值。数学。:理论、方法和应用。,7, 58-106, 2014 ·Zbl 1313.65311号 ·doi:10.4208/nmtma.2014.1231nm
[49] Vanderbauwhede,A。;Fiedler,B.,可逆和保守系统中的同宿周期放大,Z.Angew。数学。物理。,43, 292-318, 1992 ·Zbl 0762.34023号 ·doi:10.1007/BF00946632
[50] VanHook,S.J。;Schatz,M.F。;W.D.McCormick。;斯威夫特,J.B。;Swinney,H.L.,表面张力驱动Bénard对流中的长波长不稳定性,物理学。修订稿。,75, 4397-400, 1995 ·doi:10.1103/PhysRevLett.75.4397
[51] Vanhook,S.J。;Schatz,M.F。;斯威夫特,J.B。;W.D.McCormick。;Swinney,H.L.,长波表面张力驱动的Bénard对流:实验与理论,J.Fluid Mech。,345, 45-78, 1997 ·Zbl 0927.76036号 ·doi:10.1017/S0022112097006101
[52] Witelski,T.P.,脱湿薄膜的非线性动力学,AIMS数学。,5, 4229-59, 2020 ·Zbl 1484.76015号 ·doi:10.3934/人.2020270年
[53] Yeo,L.Y。;Craster,R.V.公司。;Matar,O.K.,位于局部加热水平壁上的薄液膜的Marangoni不稳定性,Phys。E版,672003·doi:10.1103/PhysRevE.67.056315
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