Экспериментальное исследование формирования и распада стратифицированных течений

• Автор: Миткин, Владимир Валентинович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 299 с. : ил.

* ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПАДА СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТЕЧЕНИЙ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ГЛАВА 1. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ И УСЛОВИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СВОБОДНЫХ СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТЕЧЕНИЙ
1.1. Определяющая система уравнений. Общие свойства и собственные масштабы
1.2. Течения, индуцированные прерыванием диффузионного потока на топографии
* в покоящейся жидкости
1.3. Периодические движения в стратифицированных средах
1.3.1. Классификация волновых движений и сопутствующих пограничных слоев и их основные свойства
1.3.2. Внутренние волны
1.3.2.1. Нестационарные внутренние волны (волны Коши-Пуассона),
порождаемые короткодействующим локализованным источником
1.3.2.2. Монохроматические внутренние волны
1.3.2.3. Нелинейная генерация волн внутренними пограничными течениями
1.3.2.4. Присоединенные внутренние волны
1.4. Звуковые волны в неоднородных средах
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
* 2.1. Введение
2.2. Лабораторная установка
2.3. Методы визуализации течения
2.4. Контактные методы
2.5. Эхолокационные методы
2.6. Общая характеристика экспериментальной методики
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ ПРИ НАЧАЛЕ ДВИЖЕНИЯ
ДВУМЕРНОГО ПРЕПЯТСТВИЯ
3.1. Теория
3.2. Экспериментальное исследование формирования потока после импульсного
старта тела. Сравнение теории и эксперимента
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ДВУМЕРНЫХ СПУТНЫХ СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТЕЧЕНИЙ
4.1. Введение
4.2. Распределение горизонтальной компоненты скорости впереди и позади двумерного препятствия
4.3. Структура поля плотности около двумерного препятствия в непрерывно стратифицированной жидкости
4.4. Формирование и эволюция вихревых систем за двумерными препятствиями
в стратифицированной жидкости
ГЛАВА 5. ТОНКАЯ СТРУКТУРА СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТЕЧЕНИЙ
5.1. Изолированные разрывы в стратифицированных спутных течениях за двумерными препятствиями
5.2. Микромасштабная неустойчивость в стратифицированном течении за
двумерными препятствиями
5.3 Диаграммы режимов установившегося течения около горизонтального
цилиндра в линейно стратифицированной жидкости
5.3.1. Диаграммы крупномасштабных режимов
5.3.2. Диаграммы мелкомасштабных режимов
ГЛАВА 6. АКУСТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТЕЧЕНИЙ
6.1. Рассеяние звука на границе раздела в стратифицированном ламинарном двумерном течении
6.2. Рассеяние звука на вихревых элементах двумерных стратифицированных
спутных течений
6.3. Акустическое зондирование вихревых колец в непрерывно
стратифицированной жидкости
ГЛАВА 7. ФОРМИРОВАНИЕ ВИХРЕЙ ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ
СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ
7.1. Теория. Модель мелкой воды и определяющие параметры

7.2. Экспериментальная установка для изучения вращающихся
стратифицированных течений
7.3. Формирование циклонов и антициклонов во вращающейся двуслойной
жидкости при эволюции неоднородности плотности
7.3.1. Стадии переходного процесса. Квази-стабильное состояние,
сравнение теории и эксперимента
7.3.2. Излучение внутренних волн в переходном процессе
7.3.3. Заключительная стадия эволюции: вязкая диссипация и
бароклинная неустойчивость
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

бассейна со скоростью 0,2-5 см/с, и вдоль бассейна со скоростью 0,5-20 см/с, а также производить установку датчика в заданной точке бассейна или фиксировать его положение в движущейся системе координат.
Система сбора и обработки экспериментальных данных включает в себя усилительно-преобразовательный блок датчиков электропроводности и преобразователь на базе 12-ти разрядного АЦП, предназначенный для непосредственной записи данных в память РС. Частота опроса может регулироваться, но не превышает 6,25 Гц. Непосредственно после записи может быть выполнен просмотр данных и их первичная обработка.
Система гидролокации применялась для исследования эффектов рассеяния звука на элементах спутного течения одновременно с контактными измерениями и оптическим наблюдением. Рабочая частота гидролокатора 1 МГц (длина волны Ад = 0,15 см), длина посылки составляет 30-40 мкс, угловое расхождение луча - 4°. Период посылки импульсов 0,16 с, период дискретизации сигнала 2,2 мкс.
Гидролокатор включает аналоговый и цифровой блоки. В аналоговый блок входят антенна (пьезокерамический диск диаметром а = 2,5 см с заглушающим экраном), усилитель мощности, устройство автоматической временной регулировки усиления, генератор радиоимпульсов и амплитудный детектор. Цифровой блок представлен специальным интерфейсом, обеспечивающий высокоскоростное преобразование данных и передачу их в память компьютера со скоростью до 1,2x107 бит/с. Калибровка гидролокатора производилась по отраженному от дна бассейна сигналу. Непосредственно в ходе опытов регистрировался уровень сигнала на выходе приемного тракта гидролокатора. С учетом калибровки он пересчитывался в величину коэффициента рассеяния п(0 в зависимости от глубины.
Зондирование в большей части акустических экспериментов проводильсь по вертикали в диапазоне глубин 20 см (по 10 см вверх и вниз от оси следа), что дает возможность исследовать вертикальную изменчивость поля плотности. В части опытов проводилась эхолокация под разными углами к оси движения. Серия опытов была выполнена по схеме разнесенного приема на две антенны.
Общий вид лабораторной установки приведен на Рис. 2.2.1. В левой части приводимой фотографии видна осветительная часть теневого прибора ИАБ-458, приемная часть которого располагается с другой стороны бассейна. На рельсах бассейна установлена буксировочная каретка, в центре бассейна располагается одна из