We perform numerical investigation of nearly self-similar blowup of generalized axisymmetric Navier-Stokes equations and Boussinesq system with a time-dependent fractional dimension. The dynamic change of the space dimension is proportional to the ratio R(t)/Z(t), where (R(t),Z(t)) is the position at which the maximum vorticity achieves its global maximum. This choice of space dimension is to ensure that the advection along the r-direction has the same scaling as that along the z-direction, thus preventing formation of two-scale solution structure. For the generalized axisymmetric Navier-Stokes equations with solution dependent viscosity, we show that the solution develops a self-similar blowup with dimension equal to 3.188 and the self-similar profile satisfies the axisymmetric Navier-Stokes equations with constant viscosity. We also study the nearly self-similar blowup of the axisymmetric Boussinesq system with constant viscosity. The generalized axisymmetric Boussinesq system preserves almost all the known properties of the 3D Navier-Stokes equations except for the conservation of angular momentum. We present convincing numerical evidence that the generalized axisymmetric Boussinesq system develops a stable nearly self-similar blowup solution with maximum vorticity increased by O(10^{30}).


翻译:我们对具有时变分数维的广义轴对称Navier-Stokes方程和Boussinesq系统进行了近似自相似爆破的数值研究。空间维数的动态变化与比值R(t)/Z(t)成正比,其中(R(t),Z(t))是涡量最大值达到全局最大值的位置。这种空间维数的选择是为了确保沿r方向的对流与沿z方向的对流具有相同的标度律,从而避免形成双尺度解结构。对于具有解依赖粘性的广义轴对称Navier-Stokes方程,我们证明其解会发展出维数等于3.188的自相似爆破,且该自相似剖面满足具有恒定粘性的轴对称Navier-Stokes方程。我们还研究了具有恒定粘性的轴对称Boussinesq系统的近似自相似爆破。广义轴对称Boussinesq系统几乎保留了三维Navier-Stokes方程的所有已知性质,仅角动量守恒除外。我们提供了有力的数值证据,表明广义轴对称Boussinesq系统会发展出稳定的近似自相似爆破解,其最大涡量增幅达O(10^{30})量级。

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