Введение к работе
Актуальность проблсз
Проблеш вэтро-золкового взаимодействия на начальной стадне разЕзтая вотровет ваш привлекает'прзстаяьноэ внимание исследователей. Это объясняется том, что именно в период активного развития ветровых золн наиболээ сффактивно проявляют себя различные мэханнзмн эноргообмена в системо Езтвр-волны.
В большинства работ, посвященных исследсэпнию ветро-волново-го взаимодействия на начальной стадии разштия вотровых волн предполагается, что перекачка анергии от ветра к волнам пдэт в окрестности спектрального максимума ала на частоте энергонесущей ветровых волн. Однако натурные п лабораторные эксперименты / Ависиаова Е.П., їжакова В.И, Сперанская А.А., Тутзева И.С., 1983 / показала, что значительный поток импульса от ветра s волнам вдет также на частота групп волн. Причем, поток импульса Еа частоте волновых налетов оказался превшгагпзш в несколько раз аналогичный поток на частоте знергонесущей ветровых волн.
Возможно, что группы волн, индуцируя в приводной слое круп-номасотабныз неоднороднее та поля скорости, способствуют передаче энергии ст воздуаяого потока к волнам. Существуют отдельные попытки учесть при рассмотрении ветро-волнового взаимодействия крупномасштабные турбулентные флуктуации в воздушном потока / Заславский Ы.М., 1974; Николаева Ю.И., -Цигфинг Л.Ш., . - і Тройская D.K. 1984; Xandahl Тії., 1985 /, но всо они не предусматривают группонзтость взтровых ВОЛН.
В рассматриваемой диссертации предпринята попытка дагьие^иэго исследования роли групп волн в передаче энергии от ветра к вогнам.
Весьма перспективный ыетодоы изучения отдельных механизмов
энергопередачи от ветрового штока к волнам и наоборот является широко разБИвашцйся в последние годы метод математического издали ров ания.
їДатематяческому моделированию указанных процессов посвящено достаточно много работ.Это модели .использующие как линеаризованные так и нелинейные уравнения, исследующие как стадшо зараздения ветровых волн при лашнарноа профиле скорости ветра, так и стадшо развития ветровых волн, которой свойственны турбулентные профили скорости. Во всех этих моделях в качестве входного параметра задается соответствующей профиль скорости в пограничном слое вода-воздух. Для ламинарного профиля скорости существуют точные формулы. При исследовании ке существенно турбулентных движений в пограничном слое вода-воздух для задаяля профиля скорости используется двухконстантная логари$шчвсі;я зависимость. При этом, для эффективного использования метода магматического моделирования требуется надежная параметризация величин, определяющих вертикальное распределение скорости в пограничном алое вода—воздух. Это откосится преяде всего к динаміческой шероховатости ветрового потока и динамической шероховатости и скорости трения дрейфового течения. Если для динамической шероховатости воздушного потока над взволнованной водной поверхностью предложен целый ряд зависимостей, нуждающихся, однако, в проверке при применении их в конкретных условиях, то параметризации динамической шероховатости и скорости трения дрейфового течения в настояіиее время практически отсутствуют.
В связи с вышеизложенным представляется актуальным получение параметризаций основных характеристик турбулентного профиля скорости в пограничном слое вода-воздух в условиях начатьной стадии газніітзія ветрового волнения и использование полученных параметри-
лядггй для исследования ьзтодсы катематического моделирования про-цэсса знергопередата в систеые ветер-волны при наличии групп волн. Цель таботн заключается в исследовании ветре—волнового взаимодействия на начальной стадии разштия ветровых волн методами лабораторного и математического моделирования.
Основные задачи исследования
1. Получение параметракатай основных характеристик турбулентного
профиля скорости в пограничном слое вода-воздух.
-
Исследование влияния скорости ветра, скорости дрейфового тече-зия п толщин линейных участков в распределении скорости в воздушной потоке и дрейфовом течении вблизи поверхности раздела вода-воздух на параметры области неустойчивости- ветровых волн.
-
На основе полученных параметризации характеристик турбулентного
' профиля скорости в пограничной сдое вода-воздух рассчитать фазовые скорости знергонесущих ветровых волн. I. Разработка численного алгоритма выделения огибапцзн групп волновых пакетов, і. При помоіфі нелиЕэйного варианта иатеьгатическей ыодели С.Я.Гер-ценштейна исследовать возиояность перекачка энергии от ветра к волнам на частота гтупп волновых пакетов. Научная новизна заключается в следущеш На большом и репрезентативном эксперзувнтшанйз материале предложена параметрлзгпин основных характерстня вэртшшльного профиля скорости в пограничной слое вода-воздух при ветровой волнения. С учетом подученных пзраштрлгапдй проведен кодсльнеЗ расчет фазовой скорости зкергошэ сущих ветровых золн на яачаївноЗ стадаи
ах развития и показано хорошее совпадение расчета с данными непосредственных наблюдений.
Показано, что по пэре развития ветровых волн в процессе нелинеі ного взаимодействия между гармониками ветрового волнения проио-ходят рост огибающей групп вата и наблюдается тенденция к преобладанию потока энергии от ветра к волгам на частоте волновых накатов
Гостоветиость полученных автором результатов подтверждается большим объемом полученного и проанализированного экспериментального материала, что позволило выполнить исследование ветро-вол-нового взаимодействия по лгнеиному и нелинейному вариантам маті магической модели ветро-волксвого взаимодействия, разработанное С.Я.Герцвнштейном а проверить результаты расчетов по данным экспериментов и натурных наблюдений.
Практическая знатность. Результаты асследованзй расширяют наши представления о процессе энергообмена в системе ветер-волны в период становления ветрового волнения и могут быть использовам при дальнейшем совершенствовании математических модачей ветро-во. новово взаимодействия. Результаты диссертации могут быть рекомендованы для ознакомления и практического использования в Институт Механики МГУ.в университете Саг т-Петербурга,в Государственном Океанографическом институте России,в Морском гидрофизическом инс туте АН Украины,в институте Океанологии РАН.в институте йізики а1 ыосферы РАН и других учреждениях,занимающихся проблемой взаимоде: ствия гидросферы и.атмосферы.
Ашгробадия работы. Основные результаты, представлешше в да< сертапаи, докладывались на Всесоюзной конференции и на научных с< vzEa^ax « лІРУ.
Піґлтзят. По теїле диссертации опубликованы 4 научные рабо-
перечень которых праведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введе
ния, 4-х глав, выводов и списка использовавшейся литературы. Объем
диссертации - 167 стр., в той числе таблиц и рисунков.
Список литературы содерзит 126 наименований.