Влияние пространственной неоднородности гидродинамической шероховатости дна на динамику и энергетику приливов на примере Северо-Европейского бассейна

• Автор: Рашиди Эбрахим Хесари Акбар
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Существующие способы определения коэффициента
сопротивления
2 Трехмерная конечно-элементная гидростатическая модель
С)ЕЮОВУ-4 и ее модификации
3 Влияние Белого моря на приливы в соседних окраинных моря
Северо-Европейского бассейна
3.1 Область влияния Белого моря
3.2 Основные отличия решений в контрольном и альтернативных
экспериментах
4 Влияние пространственной неоднородности гидродинамической
шероховатости дна на динамику и энергетику приливов в системе окраинных морей Северо-Европейского бассейна
4.1 Белое море
4.2 Норвежское, Гренландское и Баренцево моря
4.3 Чувствительность приливной динамики к пространственной
изменчивости гидродинамической шероховатости дна
Заключение
Сокращения
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Хорошо известно, что придонное трение является одним из основных факторов, контролирующих формирование приливных движений в мелководных окраинных морях и прибрежных водах. Обычно оно параметризуется квадратичным законом сопротивления с постоянным коэффициентом сопротивления. Между тем данные натурных измерений, выполненные в различных частях Мирового океана, противоречат этому заключению. Они свидетельствуют о том, что коэффициент сопротивления варьирует от района к району, каждый из которых характеризуется своим составом грунта, высотой, формой и взаимным расположением элементов шероховатости, в пределах почти двух порядков величины.
Дополнительные сведения об изменчивости коэффициента сопротивления можно найти, обратившись к оценкам коэффициента волнового трения, однозначно связанного с коэффициентом сопротивления. Существует три способа определения коэффициента волнового трения. Первый из них основан на гидравлическом подходе, второй - на решении уравнений для придонного пограничного слоя (ППС) с фиксированным и априори заданным профилем коэффициента вертикальной турбулентной вязкости и третий - на полуэмпирическом законе сопротивления Ионссона. Каждый из этих способов обладает своими недостатками. Недостатки первого связаны с принятием предположения о том, что взаимодействие движений с различными частотами и пространственными масштабами может быть описано комбинацией скоростей без обращения к турбулентности различного происхождения. Второй допускает, что коэффициент вертикальной турбулентной вязкости остается неизменным во времени в течении приливного цикла и изменяется с высотой так, чтобы уравнения для ППС были разрешимы аналитически. В третьем способе считается, что распределение скорости во всей толще моря остается логарифмическим, так
что сдвиг фаз между напряжением придонного трения и скоростью течения за пределами ППС можно принять равным нулю. Общим недостатком всех трех способов определения коэффициента волнового трения является отказ от учета эффектов вращения Земли, предположение, оправдывающиеся, очевидно, для волнового ППС, но не для приливного ППС.
В настоящей работе для оценки коэффициента волнового трения привлекаются законы сопротивления для осциллирующего вращающегося турбулентного потока над гидродинамически шероховатой, неполностью шероховатой (гладко-шероховатой) и гладкой подстилающими поверхностями, полученные сращиванием асимптотических разложений для скорости в придонном логарифмическом слое и в верхней части ППС. Использование этой процедуры избавляет от необходимости задания какого-либо профиля для коэффициента вертикальной турбулентной вязкости и в тоже время позволяет учесть обычно пренебрегаемый фазовый сдвиг между напряжением придонного трения и скоростью течения за пределами ППС. Указанные выше законы сопротивления встраиваются в качестве отдельного модуля в трехмерную конечно-элементную гидростатическую модель 0иСЮПУ-4, и модифицированная таким образом модель применяется для выполнения численных экспериментов, предназначенных для ответа на совершенно неизученный вопрос о том, какова роль пространственной изменчивости гидродинамической шероховатости дна и, следовательно, коэффициента сопротивления в динамике и энергетике приливов.
В связи с вышесказанным исследование влияния пространственной изменчивости гидродинамической шероховатости дна на динамику и энергетику приливов является актуальной задачей, как в динамике приливов, так и ветровых волн а, также при исследовании транспорта наносов и в морфодинамике (особенно долгосрочной).
В связи с этим цель работы заключается в том, чтобы количественно оценить влияние пространственной неоднородности гидродинамической

Дж/м
Рисунок 3.7 - Поле средней (за приливный цикл) плотности баротропной приливной энергии в экспериментах 1 (а) и разность плотностей баротропной приливной энергии в экспериментах / и 2 (б)