环面上的涡旋集群动力学

该研究团队考察了具有特定曲率和拓扑结构的二维环形流体膜中多元涡旋集合体的集体动力学特性。基于流体不可压缩且无粘性的特质,该工作采用哈密顿方法描述涡旋运动,并通过标准Kirchhoff-Routh正则化程序推导出几何起源的自作用力。研究中构建的哈密顿动力学体系以q-双伽马函数Ψq(z)为理论基础,该函数与多连通域中已知的Schottky-Klein本原函数密切关联。 通过分析双涡旋系统的基础运动,研究人员在涡旋偶极子的特殊案例中识别出环面上五类测地线轨迹,并揭示了其与量子超流体中涡旋运动的微妙差异。在多元涡旋集合体研究中发现:同旋向等强度涡旋组成的随机初始化手性团簇会保持几何约束状态沿环形方向整体漂移,呈现集体动力学特征;快慢涡旋混合团簇同样表现环形漂移现象,其中快速涡旋占据核心区域,而慢速涡旋被排斥至旋转团簇外围;具有零净环量的混合旋向非手性团簇则呈现非约束动态,在环面表面广泛扩散。含单个反向旋涡“杂质”的手性团簇仍保持与纯手性团簇相似行为,偶现涡旋偶极子“喷流”脱离后又重新融入旋转团簇的现象。 这项研究为分析包含Hodge分解中谐波速度模型的涡旋团簇提供了理论基础。

量科快讯