Поверхностные эффекты при обтекании препятствий в неоднородной по плотности морской среде

• Автор: Владимиров, Игорь Юрьевич
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Исследования возмущений поверхности жидкости, возникающих при движении (обтекании) погруженных тел
1.1 Стационарные движения
1.2 Периодические движения
1.4 Нестационарные движения
1.4 Волны в двухслойной жидкости
ГЛАВА 2. Обтекание препятствий двухслойным потоком бесконечной глубины
2.1 Постановка задачи и ее решение
2.1.1 Препятствие над слоем скачка
2.1.2 Препятствие под слоем скачка
2.2 Анализ и численные расчеты для реальных условий моря
ГЛАВА 3. Вопросы моделирования обтекания тел
в потоке со свободной границей и под “твердой крышкой”
3.1 Особенность в потоке под “твердой крышкой”
3.2 Особенность в потоке со свободной поверхностью
3.3 Обсуждение результатов
3.4 Выводы
ГЛАВА 4. Обтекание препятствий двухслойным потоком
конечной глубины
4.1 Постановка задачи и ее решение
4.1.1 Препятствие в нижнем слое
4.1.2 Препятствие в верхнем слое
4.2 Анализ и численные расчеты для реальных условий моря
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Предмет исследования. Диссертация посвящена теоретическому исследованию генерации поверхностных волн, вызванных обтеканием препятствий (или движением тел) в толще неоднородно-стратифицированной по плотности морской среды со структурными особенностями в виде резких скачков плотности воды, характерных для реальных условий моря. Обтекаемые препятствия моделируются гидродинамическими особенностями, такими как точечные источники, стоки, диполи. В рамках разработанной в диссертации методики решения модельных задач проведены исследования эволюции выходящих на поверхность глубинных возмущений. Получены аналитические выражения и проведены численные расчеты параметров поверхностных волн (амплитуды и длины). Выявлены эффекты влияния структурных неоднородностей в стратификации морской среды и глубины моря на изменчивость параметров волновой структуры поверхности воды. Выявлены эффекты блокировки глубинных возмущений, возникающих при обтекании препятствий под скачком плотности в условиях морской среды.
Актуальность работы. Поля гидрофизических характеристик морской среды, как правило, неоднородны по пространству и времени. Вследствие неоднородности полей температуры и концентрации растворенных в ней веществ, а также действия сил тяжести и плавучести образуются неоднородности в поле плотности среды вдоль направления действия этих сил (т.е. вертикали), характеризующие ее стратификацию. Подобные плотностные неоднородности являются условием существования волновых процессов в стратифицированной среде. Исследование этих процессов необходимо в практических приложениях, связанных с освоением морских глубин, обеспечением безопасности морских акваторий, морским гидротехническим строительством, и во многих других

прикладных задачах.
Одним из типов плотностных неоднородностей, наблюдаемых в реальных условиях моря, являются относительно резкие перепады (по вертикали) плотности воды, связанные с наличием сезонного термоклина или иных скачков плотности воды. Поэтому важно исследовать возможное влияние пикноклинных неоднородностей на параметры поверхностных возмущений, возникающих при обтекании глубинных препятствий, особенно в случае обтекания препятствия вблизи скачка плотности. И здесь практически важно рассмотреть задачу о различии параметров поверхностных возмущений в зависимости от местоположения препятствия относительно самого скачка плотности: над скачком или под ним.
В условиях мелководных прибрежных зон морских акваторий (на больших пространствах, окружающих территорию России) также важной является задача исследования влияния глубины моря на параметры поверхностных волн, генерируемых обтеканием подводных препятствий. Все эти задачи в представленной работе решаются методом математического моделирования.
Основная цель работы заключается в теоретическом исследовании поверхностных волн, генерируемых при обтекании подводных препятствий в толще неоднородно-стратифицированной морской среды. Для достижения основной цели были поставлены конкретные задачи:
1. Методами теории функций комплексного переменного найти аналитическое выражение для потенциала (либо комплексно-сопряженной скорости) течения, возникающего при обтекании подводного препятствия, моделируемого точечной особенностью (диполем), двухслойным потоком идеальной жидкости бесконечной глубины со свободной границей. При этом рассмотреть оба варианта локализации диполя относительно слоя скачка плотности: над ним и под ним.
2. Исследовать аналогичную задачу об обтекании препятствия двух-

например, [38], [8]).
В продолжение исследований, начатых в статье [39], в представляемой диссертации в рамках разработанного комплекса теоретических моделей проведено исследование механизма эволюции выходящих на поверхность глубинных возмущений и выявлены эффекты влияния особенностей в структуре неоднородной стратификации среды и глубины моря на волновую структуру и ее параметры на поверхности воды.