Skip to main content

How Ideas from Microlocal Analysis can be Applied in 2-D Fluid Mechanics

  • Conference paper
Partial Differential Equations and Mathematical Physics

Part of the book series: Progress in Nonlinear Differential Equations and Their Applications ((PNLDE,volume 21))

  • 670 Accesses

Abstract

In this text, we try to explain how some concepts developed in nonlinear microlocal analysis can be used for solving problems in 2-D fluid mechanics. First, we are going to present some classical and basic facts about 2-D fluid mechanics. After this, we are going to introduce the classical vortex patch problem. Then, before explaining why nonlinear microlocal analysis has something to do with fluid mechanics, we shall recall the way in which a part of microlocal analysis became nonlinear.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 129.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. S. Alinhac, Paracomposition et opérateurs paradifférentiels, Comm. in Partial Diff. Eq. 11 (1986), 87–121.

    Google Scholar 

  2. S. Alinhac, Evolution d’une onde simple pour des équations non linéaires générales, Current topics in partial differential equations, Kinokuniya, Tokyo, 1986, pp. 63–90.

    Google Scholar 

  3. S. Alinhac, Interaction d’ondes simples pour des équations complètement non linéai- res, Ann. Sci. Ec. Norm. Sup. 21 (1988), 91–133.

    MATH  Google Scholar 

  4. S. Alinhac, Remarques sur l’instabilité du problème des poches de tourbillon, J. Funct. Anal. 98 (1991), 361–379.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  5. V. Arnold, Sur la géométrie différentiable des groupes de Lie de dimension infinie et ses applications à !’hydrodynamique des fluides parfaits, Ann. Inst. Fourier 16 (1966), 319–361.

    MATH  Google Scholar 

  6. H. Bahouri and J.-Y. Chemin, Équations de transport relatives à des champs de vecteurs non-lipschitziens et mécanique des fluides, Arch. Rat. Mech. Anal. 127 (1994), 159–182.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  7. C. Bardos and S. Benachour, Domaine d’analyticité des solutions de [’équation d’Euler dans un ouvert de Rn, Ann. Scuola Norm. Sup. Pisa 4 (1977), 647–687.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  8. J. Beale, T. Kato and A. Majda, Remarks on the breakdown of smoothness for the 3-D Euler equations, Comm. Math. Phys. 94 (1984), 61–66.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  9. M. Beals, Self spreading and strength of singularities for solutions to semilinear wave equations, Ann. of Math. 118 (1983), 187–214.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  10. M. Beals, Vector fields associated with the nonlinear interaction of progressing waves, Indiana Univ. Math. J. 3 (1988), 637–666.

    MathSciNet  Google Scholar 

  11. M. Beals, Propagation and interaction of singularities in non linear hyperbolic problems, Birkäuser Boston Inc., New York, 1989.

    Book  Google Scholar 

  12. M. Beals, Regularity of nonlinear waves associated with a cusp, Microlocal analysis and nonlinear waves (M. Beals, R. Melrose and J. Rauch, eds.), The I.M.A. volumes, 30 (1991), 9–28.

    Google Scholar 

  13. S. Benachour, Analyticité des solutions des équations d’Euler, Arch. Rat. Mech. Anal. 71 (1979), 271–299.

    Article  Google Scholar 

  14. A. Bertozzi and P. Constantin, Global regularity for vortex patches, Comm. Math. Phys. 152 (1993), 19–26.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  15. J.-M. Bony, Localisation et propagation des singularités pour des équations non linéaires, Actes des journées équations aux dérivées partielles de Saint Jean de Monts (1978).

    Google Scholar 

  16. J.-M. Bony, Propagation des singularités pour des équations aux dérivées partielles non linéaires, Séminaire équations aux dérivées partielles de l’École Polytechnique 1979–1980, exposé 22.

    Google Scholar 

  17. J.-M. Bony, Calcul symbolique et propagation des singularités pour les équations aux dérivées partielles non linéaires, Ann. Ec. Norm. Sup. 14 (1981), 209–246.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  18. J.-M. BonyInteraction des singularités pour des équations de Klein-Gordon non linéaires,Séminaire équations aux dérivées partielles de l’Ecole Polytechnique 1983–1984, exposé 10.

    Google Scholar 

  19. J.-M. Bony, Singularités des solutions de problèmes hyberboliques non linéaires, Advances in microlocal analysis (Garnir, ed.), Reidel, NATO ASI Series, 128 (1985) 15–39.

    Google Scholar 

  20. J.-M. Bony, Second microlocalization and interaction of singularties for non linear partial differential equations, Hyperbolic equations and related topics (S. Mizohata, ed. ), Kinokuniya, 1986, pp. 11–49.

    Google Scholar 

  21. J.-M. Bony, Analyse microlocale et singularités non linéaires, Nonlinear Hyperbolic Problems, Springer Verlag, Proceedings Bordeaux, Springer Lecture Notes 1042 (1988), 114–128.

    Google Scholar 

  22. J.-M. Bony, Analyse microlocale des équations aux dérivées partielles non linéaires, Microlocal analysis and applications (Cattabriga and Rodino, eds.), Springer Verlag, Springer Lecture Notes 1495 (1991), 1–45.

    Google Scholar 

  23. Y. Brenier, The least action principle and the related concept of generalized flow for incompressible perfect fluids, J. Amer. Math. Soc. 2 (1989), 225–255.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  24. J.-Y. Chemin, Interaction de trois ondes dans les équations semi-linéaires strictement hyperboliques d’ordre 2, Comm. Partial Diff. Eq. 12 (1987), 1203–1225.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  25. J.-Y. Chemin, Interaction contrôlée dans les équations aux dérivées partielles non linéai- res, Bull. Soc. Math. France 116 (1988), 341–383.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  26. J.-Y. Chemin, Calcul paradifférentiel précisé et application à des équations aux dérivées partielles non linéaires, Duke Math. J. 56 (1988), 431–469.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  27. J.-Y. Chemin, Régularité de la solution d’un problème de Cauchy non linéaire à données singulières en un point, Ann. Inst. Fourier 39 (1989), 101–122.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  28. J.-Y. Chemin, Evolution d’une singularité ponctuelle dans des équations strictement hyperboliques non linéaires, Amer. J. Math. 112 (1990), 805–860.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  29. J.-Y. Chemin, Évolution d’une singularité ponctuelle dans un écoulement compressible, Comm. Partial Diff. Eq. 15 (1990), 1237–1263.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  30. J.-Y. Chemin, Sur le mouvement des particules d’un fluide parfait, incompressible, bidimensionnel, Inv. Math. 103 (1991), 599–629.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  31. J.-Y. Chemin, Persistance des structures géométriques liées aux poches de tourbillon, Séminaire equations aux dérivées partielles de l’Ecole Polytechnique 1990–1991, exposé 13.

    Google Scholar 

  32. J.-Y. Chemin, Persistance de structures géométriques dans les fluides incompressibles bidimensionnels, Ann. Ec. Norm. Sup. 26 (1993), 1–26.

    MathSciNet  Google Scholar 

  33. J.-Y. Chemin and N. Lerner, Flot de champs de vecteurs non-lipschitziens et équations de Navier-Stokes, Prépublication de l’Ecole Polytechnique n° 1062, 1993, à paraître au J. Diff. Eq..

    Google Scholar 

  34. J.-Y. Chemin, Fluides parfaits incompressibles, Astéristique 230 (1995).

    Google Scholar 

  35. P. Constantin and E. Titi, On the evolution of nearly circular vortex patches, Comm. Math. Phys. 119 (1988), 177–198.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  36. J.-M. Delort, Estimations fines pour des opérateurs pseudo-differentiels analytiques sur un ouvert à bord de R“ . Application aux équations d’Euler, Comm. Partial Diff. Eq. 10 (1985), 1465–1525.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  37. J.-M. Delort, Conormalité des ondes semi-linéaires le long des caustiques, Amer. J. Math. 113 (1991), 593–651.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  38. D. Ebin and J. Marsden, Group of diffeomorphism and the motion of an incompressible fluid, Ann. of Math. 92 (1970), 102–163.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  39. P. Gamblin, Système d’Euler incompressible et régularité microlocale analytique, Ann. Inst. Fourier 44 (1994), 1449–1475.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  40. P. Gamblin and X. Saint-Raymond, On three-dimensionnai vortex patches, Prépublication de l’Université d’Orsay n° 93–02, 1993, à paraître au Bull. Soc. Math. France.

    Google Scholar 

  41. N. Hanges and F. Trêves, On the analyticity of solutions of first order non linear partial differential equations, Trans. Amer. Math. Soc. 331, 627–638.

    Google Scholar 

  42. L. Hörmander, Linear differential operators, Actes du Congrès International des Mathématiciens de Nice 1 (1970), 121–133.

    Google Scholar 

  43. L. Hörmander, The analysis of linear partial differential equations, Springer Verlag, 1983–1985.

    Google Scholar 

  44. T. Kato and G. Ponce, Well-posedness of the Euler and Navier-Stokes equations in the Lebesgue spaces Le(R 2 ), Rev. Mat. Iberoamericana 2 (1986), 73–88.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  45. B. Lascar, Singularités des solutions d’équations aux dérivées partielles non linéaires, C. R. Acad. Sci. Paris 287 (1978), 527–529.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  46. G. Lebeau, Problème de Cauchy semi-linéaire en trois dimensions d’espace, J. Funct. Anal. 78 (1988), 185–196.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  47. G. Lebeau, Équations des ondes semi-linéaires II. Contrôle des singularités et caus- tiques semi-linéaires, Inv. Math. 95 (1989), 277–323.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  48. G. Lebeau, Singularités de solutions d’équations d’ondes semi-linéaires, Ann. Ec. Norm. Sup. 25 (1992), 201–231.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  49. J. Leray, Étude de diverses équations intégrales non linéaires and quelques problèmes que pose l’hydrodynamique, J. Math. Pures Appl. 9 (1933), 1–82.

    Google Scholar 

  50. L. Lichtenstein, Ober einige Existenzprobleme der Hydrodynamik homogener unzusammendriickbarer, reibungsloser Flüßigkeiten und die Helmoltzschen Wirbelsätze, Math. Z. 23 (1925), 89–154; 26 (1927), 196–323; 28 (1928), 387–415; 32 (1930), 608–725.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  51. A. Majda, Vorticity and the mathematical theory of an incompressible fluid flow, Comm. Pure Appl. Math. 38 (1986), 187–220.

    Google Scholar 

  52. R. Melrose and N. Ritter, Interaction of non linear waves for semilinear wave equations, Ann. of Math. 121 (1985), 187–213.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  53. R. Melrose and N. Ritter, Interaction of non linear waves for semilinear wave equations II, Ark. Mat. 25 (1987), 91–114.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  54. J. Rauch, Singularities of solutions to semilinear wave equations, J. Math. Pures Appl. 58 (1979), 299–308.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  55. J. Rauch and M. Reed, Propagation of singularities for semilinear hyperbolic wave equations in one space variable, Ann. of Math. 111 (1980), 531–552.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  56. J. Rauch and M. Reed, Singularities produced by nonlinear hyperbolic Cauchy problems, Comm. Partial Diff. Eq. 7 (1982), 1117–1133.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  57. A. Si Barreto, Interaction of conormal waves for fully semilinear wave equations, J. Funct. Anal. 89 (1990), 233–273.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  58. A. Si Barreto, Second microlocalellipticity and propagation of conormality for semilinear wave equations, J. Funct. Anal. 102 (1991), 47–71.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  59. P. Serfati, Étude mathématique de flammes infiniment minces en combustion. Résultats de structure et de régularité pour l’équation d’Euler incompressible, Thèse de l’Université de Paris V I, 1992.

    Google Scholar 

  60. P. Serfati, Une preuve directe d’existence globale des vortex patches 2D, Notes aux C. R. Acad. Sci. Paris 318 Série I (1993), 515–518.

    Google Scholar 

  61. P. Serfati, Régularité stratifiée et équation d’Euler à temps grand, Notes aux C. R. Acad. Sci. Paris 318 Série I (1993), 925–928.

    Google Scholar 

  62. D. Serre, Sur le principe variationnel des équations de la mécanique des fluides parfaits, Modélisation Mathématique et Analyse Numérique 27 (1993), 739–758.

    MATH  Google Scholar 

  63. A. I. Shnirelman, On the geometry of the group of diffeomorphisms and the dynamics of an ideal incompressible fluid, Math. USSR-Sb. 56 (1993), 79–105.

    Article  Google Scholar 

  64. A. Torchinsky, Real variable methods in harmonic analysis, Academic Press, New York, Pure and Applied Mathematics 123.

    Google Scholar 

  65. W. Wolibner, Un théorème d’existence du mouvement plan d’un fluide parfait, homogène, incompressible, pendant un temps infiniment long, Math. Z. 37 (1933), 698–726.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  66. V. Yudovich, Non stationary flows of an ideal incompressible fluid, Zh. Vychisl. Mat. i Mat. Fiz. 3 (1963), 1032–1066.

    MATH  Google Scholar 

  67. N. Zabusky, M. Hughues and K. Roberts, Contour dynamics for the Euler equations in two dimensions, J. Comput. Phys. 30 (1979), 96–106.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 1996 Springer Science+Business Media New York

About this paper

Cite this paper

Chemin, JY. (1996). How Ideas from Microlocal Analysis can be Applied in 2-D Fluid Mechanics. In: Hörmander, L., Melin, A. (eds) Partial Differential Equations and Mathematical Physics. Progress in Nonlinear Differential Equations and Their Applications, vol 21. Birkhäuser, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0775-7_6

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0775-7_6

  • Publisher Name: Birkhäuser, Boston, MA

  • Print ISBN: 978-1-4612-6897-0

  • Online ISBN: 978-1-4612-0775-7

  • eBook Packages: Springer Book Archive

Publish with us

Policies and ethics