Структура пограничного слоя над волнами

• Автор: Панченко, Елена Георгиевна
• Шифр специальности: 11.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 173 c. : ил

Специрческое свойство вязкой поверхности наличие волновых возмущений в модели выражается в появлении новой переменной энергии волновых движений, для которой строится специальное уравнение, включающее взаимодействие со средним и турбулентным движениями. Расчеты по модели удовлетворительно согласуются с результатами численного моделирования по двумерной модели. На защиту выносятся следующие положения. Анализ разных видов аппроксимации многомодовой поверхности, моделирующей реальную волновую поверхность. Численные эксперименты по имитации лабораторного эксперимента Кендалла. Анализ энергетической структуры пограничного слоя над волнами. Результаты анализа структуры поля давления над волновой поверхностью. Результаты исследования спектрального состава потока энергии к развивающимся волнам. Новый подход к построению одномерной дифференциальной модели пограничного слоя над морем. Все перечисленные результаты ранее никем не были получены. Актуальность темы диссертации подтверждается включением ее в раздел важнейших тем под наименованием Моделирование геофизических течений, включая взаимодействие океана и атмосферы. Достоверность полученных результатов подтверждается проводимым по возможности сравнением с экспериментальными данными и применением ранее разработанных для других целей и проверенных численных схем и алгоритмов. Работа выполнялась в течение гг. Ленинградском отделе Института океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР. Автор неоднократно пользовался поддержкой и консультациями многих сотрудников и руководства ИОАН. Всем им автор приносит глубокую благодарность. Автор в особенности благодарит за помощь в выполнении работы В. К.Макина. Автор благодарит научного руководителя диссертации Д. В.Чаликова за руководство. ГЛАВА I. Поверхностные волны и их взаимодействие с атмосферным пограничным слоем являются одним из самых важных физических процессов в океане. Существующие в настоящее время теории волновых движений не могут исчерпывающе описать процесс развития ветровых волн, однако существуют идеализированные модели, которые дают некоторую полезную информацию о динамике реальных волновых движений. Здесь К вектор волнового числа с абсолютной величиной А , X пространственный вектор с компонентами Iхi ветствующими декартовым координатам, время, СО частота. Движение, вызванное деформацией поверхности I. I.I приУ является с достаточной степенью точности безвихревым. Такой подход позволяет в первом приолижении пренебречь произведениями скоростей и линеаризовать уравнения движения для невязкой жидкости. Общие решения для них записываются в виде
д2 д . IV, СЬН. О плотность воды. Х О . Уравнения 1. Ветровое волнение порождается и развивается только за счет передачи энергии Е1 и количества движения М от ветра к водной
поверхности, причем му фазовая скорость к. В однородном и стационарном волновом поле юЬО вклад в среднее по времени значение горизонтальной компоненты количества движения волны может осуществляться только с уровней, на которых вода и воздух поочередно проходят через каждую точку. Осреднение по времени будет обозначаться горизонтальной чертой. Мм р,сг 4 2ГсЩиб. Сы. Из формулы 1. Полное количество движения волны включает поток массы как в воде, так И В воздухе, но ПОСКОЛЬКУ Г 5 Г , последним обычно
пренебрегают. Ек7ис9к1МЮ ил. Су групповая скорость, лкисточник энергии для отдельной компоненты. Из уравнения 1. Изменение давления на поверхности может возникать вследствие волновых колебаний самой поверхности, а также под действием случайных вихрей турбулентного ветра. Индуцированные аномалии давления движутся вместе с волнами с фазовой скоростью соответствующей компоненты волнения и являются функ
днями от амплитуды волны. Случайные же колебания давления непосредственно не связаны с волновым полем. В выражении 1. Коэффициенты Ш и П зависят от К , т О 7 0 , и их абсолютные значения много меньше единицы. Точный их вид дан Филлипсом . Поскольку 0, из 1. Действительная компонента поля давления симметрична относительно гребня, вследствие чего она не может передавать волне импульс, а лишь вызывает возрастание амплитуд волн.