Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Асимптотическое исследование некоторых линейных задач гидродинамики жидкости малой глубины Рохлин, Дмитрий Борисович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Рохлин, Дмитрий Борисович. Асимптотическое исследование некоторых линейных задач гидродинамики жидкости малой глубины : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.02.05 / Санкт-Петербург. гос. ун-т.- Санкт-Петербург, 1998.- 16 с.: ил. РГБ ОД, 9 98-7/2414-5

Введение к работе

Актуальность темы. Задачи об ударном взаимодействии тел с жидкостью, о свободных колебаниях вращающейся жидкости и о распространении волн в вязкой жидкости являются классическими. Их изучение стимулируется как потребностями практики, так и внутренней логикой развития науки. Большой интерес в настоящее время вызывают такие вопросы, как определение присоединённых масс тела и исследование явления отрыва при ударе, структура и асимптотика спектра операторов, связанных с задачами гидродинамики, асимптотическое исследование волновых процессов.

Наиболее полное исследование ряда проблем представляется возможным в предположении о малости глубины жидкости. В связи с этим рассматриваются следующие аналоги перечисленных задач для жидкости малой глубины: (і) задача об ударе по плоскому телу, плавающему на поверхности тонкого слоя идеальной несжимаемой жидкости, (іі) спектральная задача для приливных уравнений Лапласа на компактной поверхности с краем или без, (iii) задача о построении асимптотики фундаментального решения уравнения распространения возмущений в вязкой среде в размерностях 1 и 2.

На практике теория удара используется, например, при расчёте приводнения летательных аппаратов, сбрасывании на воду регистрационных буев и авиабомб. Основы теории удара тела о жидкость были заложены в работах Н.Е. Жуковского, Л.И. Седова, М.В. Келдыша. Ряд задач пространственной теории удара изучен в статьях И.И. Воровича, В.И. Юдовича, Э.Л. Блоха, B.C. Сабанеева, Н.М. и Ф.Н. Бородачёвых, Л.С. Ворович, В.В. Попова, М.И. Чебакова, Н.А. Веклича, М.В. Норкина и других авторов.

Исследование приливов представляет интерес для навигации, рыболовства, климатологии, электроэнергетики. Для сбора информации о приливах в настоящее время активно привлекаются спутниковые системы. Значительный вклад в изучение приливных уравнений Лапласа (Laplace, 1775) внесли Кельвин, S.S. Hough, А. Пуанкаре, Л. Рэлей, Г.Ламб, Л.Н. Сретенский, П.Я. Полубаринова-Кочина, M.S. Longuet-Higgins, Л.А. Дикий, В.М. Каменкович, Г.И. Марчук, Б.А. Кагап и многие другие учёные.

Следует отметить, что большинство работ по теории удара и спектральной задаче теории приливов посвящены изучению частных случаев. В связи с этим актуальным является выделение классов задач,

-4.-

допускающих эффективное решение или качественное исследование.

Важнейшей предпосылкой данной работы является наличие большого числа публикаций, относящихся к рассматриваемым вопросам, а также имеющийся в настоящее время адекватный математический аппарат: теория эллиптических задач в областях с кусочно-гладкой границей (В.А. Кондратьев, 1967, С.А. Назаров и Б.А. Пламеневский, 1991), спектральная теория линейных операторов и операторных пучков (А.С. Маркус, 1986, Ю.Ш. Абрамов, 1983, Н.Д. Копачевский, С.Г. Крейн, Нго Зуй Кан, 1989), различные асимптотические методы (М.И. Вишик и Л.А. Люстерник, 1957, М.Г. Джавадов, 1965, М.В. Фе-дорюк, 1987, A.M. Ильин, 1989).

Цель работы состоит в асимптотическом исследовании на математическом уровне строгости существенных для рассматриваемых гидродинамических явлений величин. В задаче удара строилась асимптотика кинетической энергии жидкости и определялась область безотрывного удара, в спектральной задаче теории приливов изучалась структура и асимптотика спектра приливных уравнений Лапласа, в задаче о распространении возмущений в вязкой среде — асимптотика фундаментального решения в различных областях.

Научная новизна результатов исследования.

В задаче (і) в случае произвольного плоского тела с гладкой границей получены формулы для определения двух главных членов асимптотики кинетической энергии жидкости и области безотрывного удара при неограниченном уменьшении толщины слоя. В указанные формулы входит только решение задачи Дирихле для уравнения Пуассона в двумерной области, занятой телом. Ранее изучался лишь случай круглого диска (М.И. Чебаков, 1974).

При исследовании задачи (іі) реализован подход, основанный на операторных методах. С его помощью обоснованы асимптотики высокочастотной и низкочастотной частей спектра, указаны условия, при которых спектры гравитационных волн и волн Россби разделены лакуной и получены их оценки вариацинного типа. Найден также ряд новых асимптотических формул при больших значениях параметра Ламба, пропорционального квадрату угловой скорости вращения поверхности. Отметим, что операторные методы получили широкое распространение в гидродинамике (Н.Д. Копачевский, С.Г. Крейн, Нго Зуй Кан, 1989), однако с целью исследования приливных уравнений Лапласа ранее не применялись.

В задаче (ш) при помощи асимптотического анализа интегрально-

го представления на основе метода перевала выведены асимптотические разложения, описывающие поведение фундаментального решения в трёх областях: перед фронтом, за фронтом и в окрестности фронта.

Научно-практическая ценность работы.

(і) Выделен класс задач пространственной теории удара, допускающих эффективное решение. Алгоритм построения асимптотики допускает обобщение на другие эллиптические задачи в тонком слое или цилиндре, в которых имеется линия смепы граничных условий на сближающихся сторонах. Доказаппая теорема о знаке потенциала задачи теории удара в тонком слое представляет интерес с математической точки зрения. Полученные формулы, представляющие и самостоятельный интерес, могут служить ориентиром при численных расчётах и при исследовании задач удара плоских тел о жидкость конечной глубины.

(и) Применённый подход позволил исследовать классическую спектральную задачу для приливных уравнений Лапласа в общей постановке и установить ряд строгих результатов о структуре и асимптотике спектра, а также о его зависимости от параметра Ламба.

Полученные результаты представляют интерес прежде всего для общей теории приливов, их следует учитывать при решении конкретных задач о свободных колебаниях вращающейся жидкости малой глубины. Данная часть работы находится в русле исследований спектральных задач гидродинамики при помощи операторных методов.

(iii) Построенные асимптотики дополняют известные результаты о распространении волн в вязкой и упруговязкой среде и могут быть использованы при исследовании соответствующей задачи с переменными коэффициентами и численных расчётах. Полученные результаты следует рассматривать в контексте исследований волновых процессов на основе асимптотического анализа интегралов и метода сращиваемых асимптотических разложений.

Достоверность результатов. Все результаты работы строго математически обоснованы. В ряде случаев проводилось их сопоставление с результатами других авторов и использовались различные альтернативные методы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Второй и Третьей международных конференциях "Современные проблемы механики сплошной среды" (Ростов-на-Дону, 1996, 1997), а также на научных семинарах кафедры вычислительной математики и ма-

тематической физики (зав. каф. проф. Юдович В.И.) Ростовского государственного Университета.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 8-ми печатных работах, список которых приводится в конце автореферата. В работе [7] Э.Н. Потетюнко принадлежит постановка задачи и идея применения метода перевала. Диссертанту принадлежит реализация этой идеи.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка используемой литературы из 125 наименований. Общий объём диссертации 176 страниц.

Все материалы подготовлены при помощи макропакета IATjrX.