Закономерности генерации ветровых волн на потоках и метод расчета трансформации волн течениями

• Автор: Теплов, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 05.14.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 200 c. : ил

1.1. Генерация ветровых волн на течении II

1.1.1. Теоретические представления о генерации ветровых волн II

1.1.2. Данные лабораторных исследований ветровых волн на течениях .

1.1.3. Натурные данные о ветровых волнах на течениях.

1.2. Трансформация регулярных волн на течениях . .

1.2.1. Теоретические исследования трансформации регулярных волн на течениях. .

1.2.2. Экспериментальные данные о трансформации регулярных волн на течениях

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМШТАЛБНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА ТЕЧЕНИЯХ

2.1. Цель экспериментального исследования.

2.2. Экспериментальная установка и ее оборудование

2.3. Методика регистрации элементов волн
2.4. Обработка материалов киносъемки волн
2.5. Методика регистрации полей скорости водного потока
2.6. Обработка снимков полей скорости водного
потока. .
2.7. Состав и методика экспериментов . .
Глава 3. ВЕТРОВЫЕ ВОЛШ НА ПОПУТНЫХ И ВСТРЕЧНЫХ ТЕЧШИЯХ
3.1. Общие черты ветрового волнения на течениях.
3.2. Характеристики статистического распределения элементов волн.
3.3. Сопоставление результатов экспериментов с решениями Кельвина и Гельмгольца
3.4. Системы ветровых волн на течениях с одинаковой средней длиной волн А Л
3.5. Системы ветровых волн на течениях с одинаковой частотой или периодом ТГ волн
3.6. Системы ветровых волн на течениях с одинаковой скоростью распространения волн С С 0
Глава 4. СТРУКТУРА ПОТОКА ПРИ НАЛИЧИИ ВЕТРА И ВОЛНI
4.1. Аспекты экспериментального изучения структуры потоков.
4.2. Основные виды траекторий частиц жидкости при ветровом волнении .
4.3. Структура дрейфового течения при различной скорости ветра.
4.4. Структура руслового потока при наличии ветра и
Глава 5. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН НА
ТЕЧЕНИЯХ.
5.1. Теоретические подходы к изучению кинематики волн
на течениях.
5.2. Кинематика волн на стоячей воде
5.2.1. Соотношения между элементами волн
5.2.2. Траектории поверхностных частиц и профиль
5.3. Кинематика волн на попутных и встречных течениях.
5.3.1. Соотношения между элементами волн. . .
5.3.2. Траектории поверхностных частиц. . . .
5.3.3. Профили волн
5.4. Сопоставление полученных результатов с имеющимися теоретическими представлениями и экспериментальными данными. .
Глава 6. МЕТОД РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАЦИИ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЛН
НА ПОПУТНЫХ И ВСТРЕЧНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
6.1. Исходные положения
6.2. Трансформация волн в условиях глубокой воды .
6.2.1. Расчет длины волн.
6.2.2. Расчет высоты волн
6.2.3. Изменение крутизны волн.
6.3. Трансформация волн в условиях ограниченной глубины НСОП.
6.3.1. Расчет длины волн.
6.3.2. Расчет высоты волн
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Шулейкин /, _У рассматривает механизм передачи энергии ветра частицам воды, совершающим орбитальные движения. Аэродинамическое давление на наветренном склоне волны больше, чем на подветренном. Частица воды на наветренном склоне, совершающая нисходящее движение, будет испытывать большую силу давления сверху, чем расположенная в одной горизонтальной плоскости с ней частица на подветренном склоне. С - скорость волны; (Г - крутизна волны. Скорость ветра ЬО для прогрессивных волн заменялась относительной скоростью М — С . Можно отметить, что с точки зрения кинематики, наличие постоянного по скорости переносного течения жидкости не вносит существенных изменений в теоретические схемы, в которых рассматривается воздействие ветра на профиль волны. Как было показано выше, результат этого воздействия в той или иной мере зависит от разности между скоростью ветра и скоростью распространения волны. Допустим теперь, что волна при отсутствии течения, имеющая скорость распространения С , сформировалась под действием ветра и . Разность давлений ( Р* ~ Р* ) определялась В. С ~ и. Теория Майлза 8, , , J является развитием теории Кельвина и Гельмгольца. Рассматривается обтекание потенциальной волны малой амплитуды несжимаемой маловязкой жидкостью. Вертикальный профиль воздушного потока задан функцией (2) , плавно убывающей от и (оо) до (0) = 0. Турбулентные флуктуации не учитываются. Рост волн происходит под влиянием скорости ветра вблизи границы раздела вода - воздух. С увеличением размеров волн толщина приводного слоя атмосферы, снабжающего волны энергией, увеличивается. Действует механизм обратной связи: волны вносят в воздушный поток возмущения, способствующие собственному росту. Теория Майлза объясняет причину роста волн, но не раскрывает механизма их появления. Теория Филлипса ( 8, , _/, учитывает турбулентный характер воздушного потока, движущегося с постоянной скоростью над первоначально спокойной поверхностью идеальной жидкости. Воздушный поток обладает широким спектром давлений, который рассматривается как стационарная случайная функция координат и времени. Если волновые числа и частоты пульсаций давления совпадают с возможными характеристиками поверхностных волн, то наступает явление резонанса. В этом случае резонансные пульсации давления в воздушном потоке обеспечивают передачу энергии ветра поверхностной волне, а касательные напряжения ветра имеют незначительную долю в энергоснабжении волн. В последние годы усилия многих исследователей были направлены на проверку и уточнение объединенной теории Филлипса - Майлза. Ю.М. Крылов, В. В.Кузнецов и С. С.Стрекалов / _/ на основе анализа экспериментальных данных впервые обнаружили две системы ветровых волн - дорезонансную и резонансную, и дали их приближенные количественные характеристики. Однако И. Н.Давидану, Л. И.Лопатухину и В. А.Рожкову 8_/ при анализе многочисленных натурных данных не удалось обнаружить двух максимумов на частотных спектрах ветрового волнения, соответствующих дорезонансной и резонансной системам волн. Наличие двух пиков в спектре эти авторы объясняют наличием волн зыби в поле ветровых волн, что согласуется с результатом исследований, полученным Хассель-маном с сотрудниками во время международного эксперимента в Северном море. Н.Е. Кондратьевым [ J. Энергия ветра, по мнению этого автора, частично затрачивается на рост волн, а частично проникает через свободную поверхность в глубину вместе с распространением механических возмущений. Основываясь на выводах теории волн малой амплитуды, Н. Е.Кондратьев считает, что с притоком энергии извне естественно связывать рост волны в высоту, и нет никакого основания связывать с притоком энергии рост волны в длину. С увеличением амплитуды возрастает приток энергии в приповерхностном слое воды, а с ростом длины волны происходит более равномерное перераспределение энергии по глубине. Исходя из изложенного представления о распределении энергии, развитие ветровых волн происходит следующим образом. Рост высоты волны начинается от нулевого значения. Длина же волны сразу в момент зарождения волны уже имеет конечную длину.