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Universality in low Reynolds number flows: theory and applications Peter Wittwer Département de Physique Théorique Université de Genève

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Universality in low Reynolds number flows:theory and applications

Peter Wittwer Département de Physique ThéoriqueUniversité de Genève

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reading:

R. P. Feynman, Vol. II

G. K. Batchelor, An Introduction to Fluid Mechanics

L. Landau, E. Lifchitz, Mécanique des fluides

M. Van Dyke, An Album of Fluid Motion

collaborations:

Guillaume Van Baalen

Frédéric Haldi

Sebastian Bönisch

Vincent Heuveline

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─ Introduction to the problem ─ Asymptotic analysis

─ Applications

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Exterior Flows

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Navier-Stokes

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Re=0.16

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Re=1.54

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Re=56.5

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Re=118

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Re=7000

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Case of finite volume

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Case of infinite volume, I

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Case of infinite volume, II

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Asymptotic analysis

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Results (d=2)

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Interpretation:

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Results (d=3)

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Two steps:

─ construct downstream asymptotics

dynamical system invariant manifold theory renormalization group universality

─ determines asymptotics everywhere

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Vorticity:

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Vorticity equation

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Fourier transform

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Diagonalize

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Stable and unstable modes

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use contraction mapping principle

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Large time asymptotics:

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Two steps:

─ construct downstream asymptotics

dynamical system invariant manifold theory renormalization group universality

─ determines asymptotics everywhere

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Determines asymptotics everywhere:

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Applications

in collaboration with:

Sebastian BönischRolf Rannacher

Vincent Heuveline

Heidelberg & Karlsruhe

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Adaptive boundary conditions

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To second order:

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Comparison with Experiment:

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Cloud Microphysics and Climate

M. B. Baker, SCIENCE, Vol. 276, 1997

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Work in progress:• d=2 case with lift (numerical)

• d=2 second order asymptotics (theory)

• d=3 (numerical)

• d=2, 3: free fall problem (numerical)

• d=3 case with rotation at infinity (theory; see P. Galdi

(2005) for recent results)

Other research groups:

• d=2 time periodic (theory)