Rotational flows over obstacles in the forced Korteweg-de Vries framework
DOI:
https://doi.org/10.17268/sel.mat.2021.01.12Palavras-chave:
Gravity waves, Solitary waves, KdV equation, Shear flowResumo
In this work we investigate rotational waves resonantly excited by a submerged obstacle in a sheared shallow water channel with constant vorticity. In the weakly nonlinear, weakly dispersive regime, the problem is formulated in the forced Korteweg-de Vries framework. We compute the solution of the initial value problem for this equation numerically using a Fourier pseudospectral method with integrating factor. The water surface is initially taken at rest, and once the current is turned on, waves are immediately generated in the free surface. We identify the main effects of sheared current in the generated waves such as rotational solitary waves propagating upstream and sharp crested waves being generated.
Referências
Akylas TR. On the excitation of long nonlinear water waves by a moving pressure distributions. J Fluid Mech. 1984; 141:455-466. DOI: 10.1017/S0022112084000926.
Baines P. Topographic effects in stratified flows. Cambridge: Cambridge University Press; 1995.
Ermakov E, Stepanyants Y. Soliton interaction with external forcing within the Korteweg-de Vries equation. Chaos. 2019; 29:1-14. DOI: 10.1063/1.5063561.
Flamarion MV, Milewski PA, Nachbin A. Rotational waves generated by current-topography interaction. Stud Appl Math. 2019; 142: 433-464. DOI: 10.1111/sapm.12253.
Grimshaw R, Smyth N. Resonant flow of a stratified fluid over topography in water of finite depth. J. Fluid Mech. 1986; 169:235-276. DOI: 10.1017/S002211208600071X.
Grimshaw R, Pelinovsky E, Tian X. Interaction of a solitary wave with an external force. Physica D. 1994; 77:405-433. DOI:
1002/sapm1996973235.
Johnson RS, Freeman NC. Shallow water waves on shear flows. J. Fluid Mech. 1970; 42:401-409. DOI:10.1017/S0022112070001349.
Johnson RS. Models for the formation of a critical layer in water wave propagation. Phil. Trans. R. Soc. A. 2012; 370:1638-1660. DOI: 10.1098/rsta.2011.0456.
Milewski PA. The Forced Korteweg-de Vries equation as a model for waves generated by topography. CUBO A mathematical Journal. 2004; 6:33-51.
Pratt LJ. On nonlinear flow with multiple obstructions. J. Atmos. Sci. 1984; 41:1214-1225. DOI: 10.1175/1520-0469.
Trefethen LN. Spectral Methods in MATLAB. Philadelphia: SIAM; 2001.
Wu TY. Generation of upstream advancing solitons by moving disturbances. J Fluid Mech. 1987; 184:75-99. DOI: 10.1017/S0022112087002817.
Wu DM, Wu TY. Three-dimensional nonlinear long waves due to moving surface pressure. In: Proc. 14th. Symp. on Naval Hydrodynamics. 1982; Washington, DC. Nat. Acad. Sci., 1982; pp103-125.
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