Экспериментальное исследование структуры конвективных течений во вращающихся слоях жидкости

• Автор: Баталов, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1, Конвекция во вращающихся слоях жидкости
§ 1.1. Введение
§ 1.2. Крупномасштабная (глобальная) циркуляция
§1.3. Крупномасштабные и мезомасштабные вихри
§ 1.4. Мелкомасштабные конвективные структуры
§1.5. Выводы
Глава 2. Структура потока и интегральные характеристики конвективной циркуляции
во вращающемся слое
§2.1. Экспериментальная установка
§ 2.2. Методика измерений
§ 2.3. Тестовый эксперимент
§ 2.4. Ошибки определения интегральных величин
§ 2.5. Безразмерные параметры
§ 2.6. Прямая меридиональная циркуляция
§ 2.7. Обратная меридиональная циркуляция
§ 2.8. Сравнение прямой и обратной циркуляции
§ 2.8.1. Энергии радиального и азимутального течения
§ 2.8.2. Энергии циклонического и антициклонического
движения
§2.8.3. Радиальный и вертикальный градиенты скорости
§ 2.8.4. Интегральный момент импульса
§ 2.8.5. Локальная суперротация

§ 2.9. Выводы
Глава 3. Исследование циклонического вращения
над локализованным источником тепла
§ 3.1. Введение
§ 3.2. Структура азимутального поля скорости над нагревателем
§3.3. Мелкомасштабные структуры
§ 3.4. Выводы
Глава 4. Структура потока жидкости в области
ступенчатого перепада температуры ]
§4.1. Экспериментальная установка и методика измерений
§ 4.2. Структура осредненного потока в плоскости ИЛ"
§ 4.3. Вторичные структуры в плоскости YZ
§ 4.4. Температурные измерения
§ 4.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение
Объект исследования и актуальность темы.
Конвекция и вращение в той или иной степени присутствуют на всех жидких или газообразных космических объектах (галактиках, звездах), а также на твердых планетах, обладающих жидкими и/или газообразными оболочками. Сочетание конвекции и вращения приводит к отклонению средних полей скорости от твердотельного вращения в радиальном и меридиональном направлении, или к возникновению дифференциального вращения (ДВ). ДВ оказывает огромное влияние на эволюцию космических объектов, формирование климата на планетах, является причиной возникновения локальных особенностей течений. Наличие ДВ в электропроводных оболочках планет, звезд, галактик играет важную роль в генерации магнитных полей этих космических тел.
Глобальные конвективные ячейки перемещают огромные массы атмосферных газов относительно поверхности планеты, возникающий при этом обмен моментом импульса между атмосферой и планетой приводит к изменению интегрального момента импульса атмосферы, или суперротации, и к соответствующему изменению интегрального момента импульса планеты.

Эксперименты по лабораторному моделированию интенсивного циклонического вихря (тропического циклона), возникающего в жидкости над нагретым диском во вращающемся цилиндре были проведены в [53-55]. При этом моделировались эффекты, которые могут играть важную роль на стадии зарождения тропического циклона. Локальный подогрев центральной области вращающегося горизонтального слоя жидкости позволял одновременно создать разные типы течений, характерные для тропического циклона. Большие вертикальные градиенты температуры непосредственно в зоне нагрева генерировали интенсивный восходящий поток жидкости, который в турбулентных режимах был образован мелкомасштабными конвективными структурами, всплывающими из тонкого температурного пограничного слоя. Горизонтальный градиент температуры между нагретой центральной зоной и более холодной периферией приводил к возникновению крупномасштабного адвективного сдвигового течения. Вращение слоя жидкости вокруг вертикальной оси, реализуемое в широком диапазоне угловых скоростей, давало возможность изучать воздействие силы Кориолиса на существующие конвективные течения. Измерения средних полей и флуктуаций температуры проводились при помощи медь-константановых термопар. Количественные измерения полей скорости при помощи термоанемометров, качественные - визуализацией алюминиевой пудрой.