Диссертация - Позранслойные течения придонного слоя океана. Геофизические приложения
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Часть 1...1
Часть 2...9
ЧАСТЬ 1. КОГЕРЕНТНЫЕ СТРУКТУРЫ У ДНА ПОТОКА ВОДЫ И НА
ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ВОДА-ВОЗДУХ...30
Глава 1.1. Теоретическая модель движения твердотельного вращающегося
цилиндра в идеальной жидкости в потоке со сдвигом скорости...30
Глава 1.2. Аппаратура и методика измерений...35
§1.2.1. Экспериментальная установка...35
§1.2.2. Аппаратура и методика эксперимента для исследования вихрей,
образующихся у дна потока воды...36
§1.2.3. Аппаратура и методика эксперимента для исследования вихрей,
образующихся на границе раздела вода - воздух...40
Глава 1.3. Исследование когерентных структур, образующихся в потоках
воды...41
§1.3.1. Антициклонические вихри...42
§1.3.2. Связь параметров вихрей с параметрами потока...46
§1.3.3. Циклонические вихри...50
§13.4. Особенности взаимодействия фонового потока с вихрями...58
ВЫВОДЫ (к части 1)...64
ЧАСТЬ 2.
ВЗВЕСЕНЕСУЩИЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ТУРБУЛЕНТНЫЕ ТЕЧЕНИЯ НА НАКЛОННОМ ДНЕ ОКЕАНА...66
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблема погранслойных течений придонного слоя важна и интересна для понимания динамики Мирового океана, водохранилищ, иных водных объектов. В то же время изучена она явно недостаточно. Являясь глобальной проблемой, она включает в себя ряд довольно интересных и актуальных проблем меньшего масштаба. Степень изученности этих составляющих весьма различна. И среди тех, которые могут быть названы наименее изученными, выделяются две проблемы: исследование слабонадкритичных потоков и турбулентных взвесенесущих течений. Под слабонадкритическими потоками мы будем понимать течения, которые уже неустойчивы, но количество вихрей, как результат развития неустойчивости, еще мало.
От дна слабонадкритичных потоков отрываются когерентные вихревые структуры, которые участвуют в переносе примеси как вдоль по потоку так и к его поверхности. Исследование процессов вихреобразования в слабонадкритичных потоках имеет важный экологический аспект.
Интенсивные взвесенесущие течения в значительной степени изменяют морской рельеф, переносят большие объемы донных осадков от шельфа на морские глубины и разрушают подводные коммуникации. Прогнозирование возникновения взвесенесущих течений дает возможность оценивать скорость и толщину плотностного потока при проведении подводных работ.
Изучение слабонадкритичных потоков затрудненно из-за сложного характера взаимодействия между фоновым потоком и отрывающимися от его дна когерентными структурами. При исследовании высокоинтенсивных турбулентных взвесенесущих течений возникают трудности при их экспериментальном измерении.
Данная работа посвящена изучению этих двух основных наименее изученных разделов гидродинамики. Первая часть посвящена исследованию слабонадкритичных течений. В таких течениях движутся единичные вихри или вихревые пары, разделенные между собой большими расстояниями по сравнению с самими вихрями. Такая картина может наблюдаться в потоке воды, в придонном вязком пограничном слое. Теоретическое описание такого рода потоков затруднено из-за сложного характера его движения. Для того чтобы лучше понять природу вихреобразования, получить основные характеристики потока, построить и проанализировать траекторию различного рода вихрей, в данной работе проводились экспериментальные исследования стационарных слабонадкритичных потоков воды.
Во второй части изучаются гравитационные взвесенесущие турбулентные течения, являющиеся достаточно сложными для исследования как в теоретическом так и в экспериментальном плане. Течения с развитой турбулентностью довольно хорошо изучены в лабораторных условиях и теоретических исследованиях. Однако, в придонном слое такие течения вызывают эрозию донных отложений, что сильно влияет на характер движения самих потоков. Взвесенесущие турбулентные потоки распространяются вдоль наклонного дна океана под действием силы тяжести, в значительной степени изменяют его рельеф и переносят от шельфа на морские глубины большое количество донных осадков. Основная проблема, связанная с изучением таких потоков, заключается в понимании того, как и какое количество донных отложений и внешней (фоновой) воды вовлекается в поток по мере его движения. Вовлечение донных пород и внешней воды будут являться основными параметрами, определяющими характер движения потока, т.е. будет ли он затухающим или разовьется в сильное интенсивное течение. В данной работе используется модель взвесенесущего потока для численного
расчета турбулентных течений, которая учитывает особенности таких течений: одновременное вовлечение в движение потока фоновой жидкости и донных отложений. Усовершенствованная в этой работе модель взвесенесущего потока позволяет получать основные характеристики плотностного течения, такие как плотность, скорость, высота потока и эрозию дна. Данная модель применялась для прогнозирования возникновения взвесенесущих течений на примере подводных каньонов Черного моря. Использование модели взвесенесущего потока позволяет получать прикидочную оценку их скорости и высоты.
