Распространение двумерных периодических поверхностных возмущений в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости



Propagation of two-dimensional periodic surface disturbances in a viscous continuously stratified fluid

The formulation of the problem of propagation of two-dimensional periodic flows, in-cluding capillary-gravity waves and accompanying perturbations of the free surface of a viscous continuously stratified fluid, is analyzed using a reduced system of fundamental equations of fluid mechanics with physically justified boundary conditions. Spectral equations of motion and dispersion relations for all components of surface flows of a viscous exponential fluid are obtained for the first time without the Boussinesq approxi-mation. Complete solutions to the problem include the construction of regular and singu-lar roots of the fourth-order dispersion relation, determining both the waves and the lig-aments. In the weak dissipation approximation, further analysis of the flow properties can be performed numerically or using analytical methods of the combined theory of regular and singular perturbations.

viscosity, stratification, surface tension, two-dimensional periodic flows, dispersion rela-tion, free surface.


Том 27, выпуск 2, 2026 год



Анализируется постановка задачи распространения двумерных периодических те-чений, включающих капиллярно-гравитационные волны и сопутствующие возму-щения свободной поверхности вязкой непрерывно стратифицированной жидкости на основе редуцированной системы фундаментальных системе уравнений механи-ки жидкостей с физически обоснованными граничными условиями. Впервые полу-чены спектральные уравнения движения и дисперсионные соотношения для всех компонентов поверхностных течений вязкой экспоненциально жидкости без ис-пользования приближения Буссинеска. Полные решения задачи включают построе-ние регулярных и сингулярных корней дисперсионного соотношения четвертого порядка, определяющими и волны, и лигаменты. В приближении слабой диссипа-ция дальнейший анализ свойств течений может проводиться численно или анали-тическими методами объединенной теории регулярных и сингулярных возмуще-ний.

вязкость, стратификация, поверхностное натяжение, двумерные периодические те-чения, дисперсионное соотношение, свободная поверхность.


Том 27, выпуск 2, 2026 год



1. Лэмб Г. Гидродинамика. М: ОГИЗ, 1947. 929 с.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теорет. физ. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука. 1986. 736 с.
3. Филлипс О. М. Динамика верхнего слоя океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 319 с.
4. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. Пер. с англ. M.: Мир, 1981. 598 с.
5. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны М: Мир. – 1977.
6. Wu J., Deike L. Wind wave growth in the viscous regime // Physical Review Fluids. 2021. V. 6. No. 9. Art.no. 094801.
7. Rai R. et al. A stable free-surface boundary solution method for fully nonlinear potential flow models // Applied Ocean Research. 2023. Vol. 134. Art.no. 103500.
8. Хайирбеков Ш. Х., Чашечкин Ю. Д. Пакет коротких кольцевых возмущений вокруг вен-ца на начальном этапе слияния свободно падающей капли с покоящейся жидкостью в импактном режиме // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2025. Т.26, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2025-26-1/articles/1166/
9. Carbonaro A. et al. Emergence of capillary waves in miscible coflowing fluids // Physical Re-view Letters. 2025. Vol. 134. No. 5. Art.no. 054001.
10. Hazra S. et al. Interfacial instability in a viscoelastic microfluidic coflow system // Journal of Fluid Mechanics. 2024. Vol. 1000. Art.no. A96.
11. Александров В. А. Генерация поверхностного потока жидкости в каналах капиллярными колебаниями и волнами // Журнал технической физики. 2022. Т. 92. №. 2. С. 194-208.
12. Stan A. Symmetric Water Waves with Surface Tension: Traveling Wave Behavior and Maximal Horizontal Velocity // Water Waves. 2025. С. 1-11.
13. Eisenberg D, Kauzmann W. The Structure and Properties of Water (Oxford Classic Texts in the Physical Sciences). Oxford: Oxford University Press; 2005.
14. Федоров К.Н. Тонкая термохалинная структура океана. Л-д, Гидрометеоиздат. 1976. 184 с.
15. Герасимов В. В., Зацепин А. Г. О расслоении линейно стратифицированной жидкости под влиянием однородного по вертикали перемешивания (лабораторный эксперимент) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2025. Т. 18. №. 3. С. 77-87.
16. Hu X., Cubaud T. Viscous wave breaking and ligament formation in microfluidic systems // Physical Review Letters. 2018. Vol. 121. No. 4. Art.no. 044502.
17. Очиров А. А., Чашечкин Ю. Д. Двумерные периодические течения на поверхности не-сжимаемой жидкости в различных моделях среды // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2024. Т. 60. №. 1. С. 3-16.
18. Chashechkin Y. D. Foundations of engineering mathematics applied for fluid flows // Axioms. 2021. Vol. 10, Art.no. 286
19. Кистович Ю. В., Чашечкин Ю. Д. Линейная теория распространения пучков внутренних волн в произвольно стратифицированной жидкости // Прикладная механика и техниче-ская физика. 1998. Т. 39. № 5. С. 88 - 98. doi:10.1007/BF02468043
20. Найфэ А.Х. Введение в методы возмущений. М.: Мир. 1984.