Whether the 3D incompressible Navier-Stokes equations can develop a finite time singularity from smooth initial data is one of the most challenging problems in nonlinear PDEs. In this paper, we present some new numerical evidence that the 3D incompressible axisymmetric Navier-Stokes equations with smooth initial data of finite energy develop nearly singular solutions at the origin. This nearly singular behavior is induced by a potential finite time singularity of the 3D Euler equations that we reported in \cite{Hou-euler-2021}. One important feature of the potential Euler singularity is that the solution develops nearly self-similar scaling properties that are compatible with those of the 3D Navier-Stokes equations. We will present numerical evidence that the 3D Navier-Stokes equations develop nearly singular scaling properties with maximum vorticity increased by a factor of $10^7$. Moreover, the nearly self-similar profiles seem to be very stable to the small perturbation of the initial data. However, the 3D Navier-Stokes equations with our initial data do not develop a finite time singularity due to the development of a mild two-scale structure in the late stage, which eventually leads to viscous dominance over vortex stretching. To maintain the balance between the vortex stretching term and the diffusion term, we solve the 3D Navier-Stokes equations with a time-dependent viscosity roughly of order $O(|\log(T-t)|^{-3})$ in the late stage. We present strong numerical evidence that the 3D Navier-Stokes equations with such time-dependent viscosity develop a finite time singularity.


翻译:3D 缩略式 Navier- Stokes 方程式能否从平滑初始数据中得出一个有限的时间奇数,这是非线性 PDE 中最具挑战性的问题之一。 在本文中,我们提供了一些新的数字证据,证明3D 的缩略式轴轴射- Stokes 方程式与平滑的有限能量初始数据开发出近乎单一的解决方案。这种近乎奇数的行为是由我们在\cite{Hou-eler-2021}中报告的 3D Euler 方程式潜在的有限时间奇数(Cite{Hou-eler-2021}中潜在的时间奇数独数。 潜在的 Euler 方程式奇数的一个重要特征是, 解决方案开发了与 3D Navier- Stokees 方程式兼容的几乎自相近的缩缩缩缩缩缩缩略图属性。 我们将提供3Davier- Stokes 方程式的缩略图的缩略图, 将持续时间段的缩略图持续到我们的缩略图。

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