Analytical and numerical analysis of the dissipative Kundu-Eckhaus equation
Sönümlü Kundu-Eckhaus denkleminin analitik ve hesaplamalı analizi
- Tez No: 607619
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CİHAN BAYINDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Matematik, İnşaat Mühendisliği, Mathematics, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Işık Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Kundu-Eckhaus denkleminin (KEE), doğrusal olmayan Schrödinger sınıfına ait bir denklem olduğu ve hidrodinamik, fiber ve doğrusal olmayan optik, plazma ve finans alanlarında bilinen ama bu alanlarla sınırlı kalmayan farklı olayların dinamiklerini araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir model olduğu iyi bilinmektedir. Ancak KEE'nin dinamiği üzerinde sönümün etkileri araştırılmamıştır. Bu tezde, bu açık sorunu çözmek için, sönümlü Kundu-Eckhaus denklemi (dKEE) önerilmiş ve dKEE'nin analitik ve hesaplamalı çözümlerini ele alınmıştır. Bu motivasyon ile ilkin, dKEE için basit ve tek zamanlı bir dalga çözümü elde edilmiştir. Daha sonra dKEE'nin hesaplamalı çözümü için yarık basamaklama Fourier metodu (SSFM) önerilerek türetilen analitik çözüm test problemi olarak kullanılmış ve SSFM'nin hassasiyeti ve kararlılığı test edilmiştir. Şemanın hassasiyeti ve kararlılığı gözlendikten sonra, ilk önce dKEE'nin dev dalga dinamikleri SSFM kullanarak araştırılmıştır. Daha spesifik olarak, modülasyon kararsızlığının (MI) tek zamanlı dalga sahasını kaotik bir alana dönüştürdüğü gösterilmiş ve böylece dKEE bünyesinde dev dalgaların oluşabileceği gösterilmiştir. Ardından bu tür dev dalgaların özellikleri ve karakterleri tartışılmıştır. Ek olarak, dalga genlikleri için olasılık dağılım fonksiyonları (PDFs) üretilmiş ve difüzyon, Raman ve sönüm katsayısının yanı sıra ilgili MI parametrelerinin dev dalgaların ortaya çıkma olasılığı üzerine etkileri tartışılmıştır. İkincil olarak, sönümün KEE'nin _ öz yerel solitonlarının (tekil dalga) üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, KEE'nin öz yerel solitonlarını elde etmek için bir Petviashvili yöntemi (PM) önerilmiştir. Daha sonra PM ile elde edilen bu solitonlar SSFM kullanılarak zaman basamaklamaya tabi tutulmuştur. KEE'nin potansiyelsiz durumda kararlı tek, iki ve N-soliton çözümleri olduğu bilinmektedir. Son zamanlarda, fotorefraktif ve doyurulabilir potansiyellerin etkisi altında, KEE'nin bu tür solitonlarının dengesiz hale geldiği gösterilmiştir. Sönüm parametresinin, KEE'nin soliton dengesi için gerekli olan Vakhitov-Kolokolov koşulunu sağlamayan tekli, ikili ve üçlü solitonları dengelemek için kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu amaçla, güç grafikleri soliton özdeğerinin ve zamanın birer fonksiyonu olarak sunulmuştur. Ek olarak, soliton şekilleri çeşitli zamanlarda oluşturulmuş ve birçok mühendislik amacı için yeterince uzun zaman ölçeklerinde korundukları gösterilmiştir. Sonuç olarak, bu tezin bulguları hakkında yorumlar yapılmış ve sonuçların uygulanabilirliği, olası kullanım alanları ve yakın gelecekteki araştırma faaliyetleri için olası fikirler tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
It is well-known that the Kundu-Eckhaus equation (KEE) is a nonlinear equation which belongs to nonlinear Schr¨odinger class and it is commonly used as a model to investigate the dynamics of diverse phenomena in many areas including but are not limited to hydrodynamics, fiber and nonlinear optics, plasmas and finance. However, the effects of dissipation on the dynamics of KEE have not been investigated so far. In this thesis, in order to address this open problem we propose the dissipative Kundu-Eckhaus equation (dKEE) and perform an analytical and numerical analysis of the dKEE. With this motivation, we derive a simple monochromatic wave solution to dKEE. Then, we propose a split step Fourier method (SSFM) for the numerical solution of the dKEE and we test the stability of the SSFM using the analytical solution derived as a benchmark problem. Observing the stability and the accuracy of the scheme, we first investigate the rogue wave dynamics of the dKEE using the SSFM. More specifically, we show that modulation instability (MI) turns the monochromatic wave field into a chaotic one, thus the appearance of rogue waves become obvious. We discuss the properties and characteristics of such rogue waves. Additionally, we depict the amplitude probability distribution functions (PDFs) and discuss the effects of diffusion, Raman and dissipation coefficient as well as the MI parameters on the probability of rogue wave occurrence. Secondly, we investigate the effects of dissipation on the self-localized solitons of the KEE. For this purpose, we propose a Petviashvili method (PM) to obtain the self-localized solitons of the KEE and analyze the effects of dissipation by time stepping of these solitons using the SSFM proposed for dKEE. It is known that, KEE admits stable single, two and N-soliton solutions for the no potential case. It has been recently found that, under the effect of photorefractive and saturable potentials, such solitons of the KEE become unstable. We show that the dissipation parameter can be used to stabilize the single, two and three solitons of the KEE which do not satisfy the necessary Vakhitov-Kolokolov condition for the soliton stability. With this aim, we present the power graphs as functions of soliton eigenvalue and as well as time. Additionally, we depict the soliton shapes for various times to show that they are preserved for time scales long enough for many engineering purposes. We comment on our findings and discuss the applicability and uses of our results. Additionally, we suggest possible directions for the near future research activities
Benzer Tezler
- Numerical and experimental analysis of dissipative silencer coupled with quarter wave tube
Çeyrek dalga tüpü ile birleştirilmiş dağıtıcı susturucunun sayısal ve deneysel analizi
AYŞE DİNÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇALIŞKAN
- Analytical and numerical sensitivity analysis of constant temperature hot-wire anemometer
Sabit sıcaklık sıcak-tel anemometre hassasiyetinin analitik ve nümerik analizi
YUSUF CAN UZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÜNVER ÖZKOL
- İçerisinde akışkan bulunan viskoelastik ve elastik tüplerde nonlineer dalga modülasyonu
nonlinear wave modulation in viscoelastic and elastic thin tubes filled with an inviscid fluid
GÜLER AKGÜN
- Radyal pompa çarkları içerisindeki üç boyutlu sürtmeli ve sürtmesiz akışın sayısal analizi
Full 3D viscous and inviscid analysis of flow in radial pump impelleri
AŞKIN KARAKAS
