Unsteady inhomogeneous convective Couette flow
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2026-2-30-39Abstract
The paper is devoted to constructing an exact solution of the unsteady Oberbeck–Boussinesq system that describes the development of a spatially inhomogeneous convective flow of a viscous incompressible fluid in a plane horizontal layer. The solution extends the well-known stationary class of Lin–Sidorov–Aristov solutions to the case of time-dependent velocity and temperature fields. The class under study corresponds to layered flows characteristic of large-scale geophysical processes, where the vertical velocity is negligible and the horizontal components depend linearly on the coordinates. For this class, a closed system of evolution equations is derived that takes into account the nonlinear interaction of the vorticity component with the transverse velocity. Applying the Duhamel integral reduces the problem to integral equations and yields explicit expressions for the unsteady expansion coefficients in Fourier series, ensuring high accuracy of computations. With specific boundary conditions (constant velocity and temperature at the upper boundary, zero initial conditions), an exact solution in the form of infinite series is constructed. Detailed numerical analysis reveals a non-monotonic change in the counterflow region: at the initial stage, the counterflow exists due to inertial effects, then vanishes during viscous relaxation, and reappears under the action of the nonlinear term. The relaxation times of the velocity and temperature fields, the dynamics of shear stresses, and the displacement of the extremum of the longitudinal velocity are examined. It is shown that in the unsteady regime, dynamic unloading – the shear stress vanishing at certain instants – is possible. The regularities observed are important for understanding the dynamics of vortex structures in the ocean and atmosphere. The results obtained can serve as a benchmark for verifying numerical methods for simulating convection and turbulence, as well as for interpreting large-scale geophysical flow.Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Bulletin of Perm University. Physics

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.