The N-Vortex Problem

Analytical Techniques
2001
ISBN: 978-0-387-95226-0
Verlag: Springer

Buch, Englisch, Band 145, 420 Seiten, Format (B × H): 160 mm x 241 mm, Gewicht: 1760 g

Reihe: Applied Mathematical Sciences

This text is an introduction to current research on the N- vortex problem of fluid mechanics. It describes the Hamiltonian aspects of vortex dynamics as an entry point into the rather large literature on the topic, with exercises at the end of each chapter.

Zielgruppe

Graduate

Autoren/Hrsg.

Newton, Paul K.

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Physik Physik Allgemein Theoretische Physik, Mathematische Physik, Computerphysik
• Naturwissenschaften Physik Mechanik Kontinuumsmechanik, Strömungslehre
• Mathematik | Informatik Mathematik Numerik und Wissenschaftliches Rechnen Numerische Mathematik
• Mathematik | Informatik Mathematik Mathematische Analysis Differentialrechnungen und -gleichungen
• Mathematik | Informatik Mathematik Numerik und Wissenschaftliches Rechnen Angewandte Mathematik, Mathematische Modelle
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Strömungslehre
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Mathematik für Ingenieure

Inhaltsverzeichnis

Preface.- 1 Introduction.- 1.1 Vorticity Dynamics.- 1.2 Hamiltonian Dynamics.- 1.3 Summary of Basic Questions.- 1.4 Exercises.- 2 N Vortices in the Plane.- 2.1 General Formulation.- 2.2 N = 3.- 2.3 N = 4.- 2.4 Bibliographic Notes.- 2.5 Exercises.- 3 Domains with Boundaries.- 3.1 Green’s Function of the First Kind.- 3.2 Method of Images.- 3.3 Conformai Mapping Techniques.- 3.4 Breaking Integrability.- 3.5 Bibliographic Notes.- 3.6 Exercises.- 4 Vortex Motion on a Sphere.- 4.1 General Formulation.- 4.2 Dynamics of Three Vortices.- 4.3 Phase Plane Dynamics.- 4.4 3-Vortex Collapse.- 4.5 Stereographic Projection.- 4.6 Integrable Streamline Topologies.- 4.7 Boundaries.- 4.8 Bibliographic Notes.- 4.9 Exercises.- 5 Geometric Phases.- 5.1 Geometric Phases in Various Contexts.- 5.2 Phase Calculations For Slowly Varying Systems.- 5.3 Definition of the Adiabatic Hannay Angle.- 5.4 3-Vortex Problem.- 5.5 Applications.- 5.6 Exercises.- 6 Statistical Point Vortex Theories.- 6.1 Basics of Statistical Physics.- 6.2 Statistical Equilibrium Theories.- 6.3 Maximum Entropy Theories.- 6.4 Nonequilibrium Theories.- 6.5 Exercises.- 7 Vortex Patch Models.- 7.1 Introduction to Vortex Patches.- 7.2 The Kida-Neu Vortex.- 7.3 Time-Dependent Strain.- 7.4 Melander-Zabusky-Styczek Model.- 7.5 Geometric Phase for Corotating Patches.- 7.6 Viscous Shear Layer Model.- 7.7 Bibliographic Notes.- 7.8 Exercises.- 8 Vortex Filament Models.- 8.1 Introduction to Vortex Filaments and the LIE.- 8.2 DaRios-Betchov Intrinsic Equations.- 8.3 Hasimoto’s Transformation.- 8.4 LIA Invariants.- 8.5 Vortex-Stretching Models.- 8.6 Nearly Parallel Filaments.- 8.7 The Vorton Model.- 8.8 Exercises.- References.