Характеристики крупномасштабной турбулентности глубоководного водоема, методы их изучения и расчета (по результатам исследований на озере Байкал)

• Автор: Алексеев, Леонид Павлович
• Шифр специальности: 05.14.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 232 c. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. ИЗУЧЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ВОДОЕМАХ.

1.1. Теоретические предпосылки исследования турбулентности в водоемах

1.1.1. Турбулентная структура потока, дифференциальные уравнения движения и турбулентной диффузии.

1.1.2. Статистическая теория и теория локально изотропной турбулентности

1.2. Экспершлентальное изучение крупномасштабной турбулентности в океанах, морях, озерах и водохранилищах .

1.3. Исследования течений и турбулентности в озере Байкал

2. ПОСТАНОВКА НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КЕШОМАСПШШЮЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ОЗЕРЕ БАЙКАЛ

2.1. Цели организации натурных исследований крупномасшатбной турбулентности оз.Байкал

2.2. Характеристика участков натурных исследований. .

2.3. Использованные методы измерений и приборы. .
2.3.1. Самописцы течений ЕПВ2 и ЕПВ2р
2.3.2. Автономные буйковые станции.
2.4. Общая характеристика и объем полученной информации.
3. УСОВЕНПЕНСТВОВАБИЕ МЕТОДИКИ ВВДЕЛЕНШ СПЕКТРА ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ИЗ СПЕКТРА МГНОВЕННЫХ СКОРОСТЕЙ . .
3.1. О применимости теории локально изотропной тур
булентности к исследованию крупномасштабной турбулентности озера Байкал
3.2. Существующие метода выделения турбулентных пульсаций
скорости
3.3. Сглаживающие функции и период сглаживания .
3.3.1. Анализ частотных характеристик сглаживающих функций и выбор ядра сглаживания
3.3.2. Определение периода сглаживания для исследованных районов озера Байкал
3.4. Приближенная оценка влияния высокочастотных колебаний осредненной скорости на вычисляемые характеристики турбулентности.
3.5. Основные вывода.
4. КИШЛАМЧЕСКИЙ НОЭШЩИЕНТ ТУРБУЛЕНТНОЙ ВЯЗКОСТИ
4.1. Существующие способы оценки коэффициента турбулентной вязкости при наличии данных измерений дульсационных скоростей.
4.2. Формула, предлагаемая для вычисления коэффициента турбулентной вязкости по данным измерения скоростей ЮО
4.3. Влияние дискретности измерений на значения вычисленных коэффициентов турбулентной вязкости
4.4. Зависимость коэффициента турбулентной вязкости от масштаба вихрей.НО
4.5. Изменения коэффициента турбулентной вязкости в пространстве и во времениП
4.6. Зависимость коэффициента турбулентной вязкости от средней скорости течения .
4.7. Кривые обеспеченности коэффициента турбулентной вязкости . .
4.8. Практическое использование предлагаемых формул и
полученных результатов
5. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНШЗ КШШОМАСПГЕАШХ ТУИУЛЕНТНЫХ
ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ
5.1. Эмпирические распределения турбулентных пульсаций скорости.
5.2. Основные статистические характеристики турбулентности
5.2.1. Нормальные и касательные турбулентные напрякения.
5.2.2. Кинетическая энергия турбулентности
5.2.3. Интенсивность турбулентности .
5.2.4. Масштабы турбулентности
5.3. Результаты корреляционного анализа турбулентных пульсаций скорости.
5.4. Спектральный анализ турбулентных пульсаций
скорости
5.5. Практическое значение полученных результатов. . . .
ЗАКЖИЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Диагональные компоненты тензора напряжений представляют собой нормальные турбулентные напряжения, недиагональные компоненты касательные турбулентные напряжения. Система уравнений Рейнольдса является незамкнутой, поскольку в четырех уравнениях содержатся десять неизвестных среднее давление, три компоненты средней скорости и шесть компонент турбулентных напряжений. Для решения системы уравнений 1. Первый основан на некоторых теоретических разработках и на эмпирических зависимостях, с помощью которых устанавливается связь между турбулентными напряжениями и характеристиками осредненного движения. Эти теории получили название полуэмпирических теорий турбулентности 1, 4, 8, 2. Второй путь заключается в использовании данных статистической обработки непосредственных измерений пульсаций скорости, на основе которых развилась, так называемая, статистическая теория турбулентности 8, 4, 0, 3, 9. Третий путь добавление к системе уравнений Рейнольдса уравнений, способствующих наложению дополнительных ограничений на характеристики турбулентного потока. Например, использование уравнения баланса турбулентной энергии, предложенного Колмогоровым I . Первой гипотезой, предложенной для замыкания уравнений Рейнольдса, является широко распространенная гипотеза Вуссинеска , 1, 0. В отличие от молекулярной вязкости, турбулентная вязкость обусловлена не движением отдельных молекул, а переносом количества движения турбулентными образованиями вихрями. Молекулярная вязкость является физическим свойством жидкости и не зависит от параметров движения потогл турбулентная вязкость всецело оцределяется указанными параметрами. Как показывают экспериментальные данные, турбулентная вязкость в условиях развитой турбулентности во много раз превосходит молекулярную вязкость , , , 4, 6, 6, 4 и последней, в большинстве задач о турбулентном движении, можно пренебречь. По аналогии с кинетической теорией газов Прандтль предположи, что в турбулентном потоке количество движения сохраняет свое значение на некотором расстоянии, соответствующем длине свободного пробега молекул,и названным им путем перемешивания 1П , 0. Однако изза пульсаций давления количество движения не будет постоянным на всем пути длиной Ип . Поэтому Тейлор предложил вместо применения гипотезы о постоянстве количества движения использовать теорему о сохранении момента количества движения 8. Исходя из гипотезы подобия, Карман получил, что величина касательного напряжения есть функция первой и второй производных осредненной скорости 2. Эти гипотезы были предложены для турбулентных движений в схематизированных плоских потоках с градиентом осредненной скорости. Они сыграли положительную роль при решении практических задач расчета течений в трубах, каналах и свободных турбулентных струях. Для этих условий путь перемешивания обычно принимается пропорциональным линейным размерам потока как правило, глубине, и не представляет труда определить градиенты осредненной скорости. При исследовании турбулентности в естественных русловых потоках и водоемах эти гипотезы оказались мало пригодными, в частности, вследствие неопределенности понятия пути перемевшвания, а также трудности определения градиентов осредненной скорости. Применительно к условиям естественных водных объектов теоретическая модель турбулентности предложена в оригинальных работах В. ГЛ. Маккавеева 4. Несмотря на некоторую схематизацию, полученные Маккавеев уравнения учитывают основные особенности турбулентного движения, поэтому они широко применяются при решении многих практических задач. На основе уравнений 1. В последующие годы Маккавеев дал новое обоснование уравнений турбулентного движения 1. В выражении 1. V М . Используя выражение I. Соотношение I. II является обобщением гипотезы Буссинеска на случай пространственного течения, оно использовано Маккавеевым для обоснования уравнений турбулентного движения 1. В целях уточнения гипотезы турбулентной вязкости А. В году Колмогоров предложил соотношение, аналогичное 1. Е, а вместо Сюдней длины свободного пробега молекул линейный масштаб турбулентности , который определяется интегрированием корреляционной функции пульсационной скорости.