Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ данных о воздействии волн скорости в атмосфере и береговой зоне моря 8
1.1 Нестационарные динамические эффекты в атмосферных процессах 8
1.1.1 Турбулентность атмосферы. Общее описание 9
1.1.2 Микропорывы 10
1.1.3 Имеющиеся данные о динамическом воздействии порывов ветра 13
Расчет ветровых нагрузок в турбулентном потоке 13
1.2 Динамическое воздействие при ударах волн в береговой зоне моря 15
1.2.1 Высота выплесков при ударах волн 16
1.2.2 Импульс давления при ударах волн 18
1.2.3 Эффекты сжимаемости в задачах удара жидкости 20
1.3 Методы исследований нестационарных процессов. 23
1.3.1 Визуализация векторного поля скоростей и регистрация параметров потока в жидкости и газе - Particle Image Velocimetry Принцип PIV 25
Глава 2. Динамические характеристики порывов ветра 26
2.1 Теоретические оценки давления при набегании фронта скорости 26
2.2 Натурные измерения параметров ветровых порывов 30
2.2.1 Описание измерительной системы 31
2.2.2 Измерения параметров порывов в штормовом ветре 36
2.2.3 Алгоритм обработки данных 37
2.2.4 Результаты измерений 39
2.3. Моделирование порыва ветра в лабораторных условиях 40
2.3.1 Лабораторная установка 40
2.3.2 Измерения динамического давления в порыве 42
2.3.3 Визуализация потока. 45
2.3.4 Моделирование порыва ветра в лабораторных условиях 48
2.4 Численное моделирование воздействия воздушного порыва 52
2.4.1 Начальные и граничные условия. 52
2.4.2 Результаты численного моделирования 53
Результаты для расчета №4 61
Расчет №6. Увеличенный масштаб. 63
2.5 Выводы 64
Глава 3. Динамика жидкости со свободной поверхностью при нестационарном взаимодействии с твердой стенкой . 65
3.1 Натурные измерения параметров обрушающихся волн 65
3.1.1 Натурные наблюдения выплесков при ударах волн 67
3.2 Модельный лабораторный эксперимент 69
3.2.1 Динамика жидкости при образовании выплеска 70
3.2.2 Роль ускорения в формировании выплеска 73
3.2.3 Поле скоростей внутри выплеска - метод PIV 75
3.2.4 Заключение и обсуждение результатов главы 2 79
Глава 4. Формирование присоединенной массы в среде с конечной скоростью распространения возмущений . 80
4.1 Теоретические оценки для случая конечного ускорения 82
4.1.1 Ускорение поршня в покоящемся газе. 82
4.1.2 Ускорение поршня в воде. 83
4.1.3 Ускорение в «мелкой воде». 84
4.1.4 Общие закономерности 86
4.2 Экспериментальное моделирование на основе газо-гндравлической аналогии 87
4.2.1 Постановка эксперимента 88
4.2.2 Описание экспериментальной установки 91
4.2.3 Результаты измерений 95
4.3. Выводы 98
4.4 Численное моделирование динамического нагружения объекта 99
4.4.1 Описание модели и алгоритма численного решения 99
4.4.2 Удар в сжимаемой жидкости - случай бесконечного ускорения 99
4.4.3 Равноускоренное движение в сжимаемой жидкости 103
4.5 Выводы н обсуждение результатов 107
Заключение. 108
Литература 110
- Динамическое воздействие при ударах волн в береговой зоне моря
- Моделирование порыва ветра в лабораторных условиях
- Динамика жидкости при образовании выплеска
- Удар в сжимаемой жидкости - случай бесконечного ускорения
Введение к работе
Взаимодействие фронтов волн скорости с препятствиями проявляется повсеместно в окружающей среде и неизбежно сопровождается динамическими нагрузками. Среди природных явлений, в этой связи, можно отметить прохождение атмосферных фронтов, вихревые порывы штормового ветра, удары морских волн в береговой зоне, катабатические ветры в полярных регионах, гравитационные потоки в атмосфере и океане. Вихревые порывы также могут быть связаны с движением скоростного транспорта. Амплитуды волн давления, определяющие величины динамических нагрузок, в этих явлениях могут покрывать диапазон от порога слышимости вплоть до ударного значения, определяемого гидравлическим пределом давления.
Целью настоящей работы является исследование процессов формирования волн давления при ускорении тела ограниченных размеров в среде с конечной скоростью распространения возмущений и определение поправок к приближению идеальной несжимаемой жидкости. Скорость звука в среде важна как фактор, определяющий характерное время формирования присоединенной массы.
Главная задача исследования состоит в детальном рассмотрении некоторых природных явлений, где проявляются нестационарные эффекты - порыв ветра и удар волны в береговой зоне моря - физическом и численном моделировании этих процессов и обобщении для построения математической модели. С точки зрения гидромеханики эти процессы эквивалентны соответственно ускорению потока газа при обтекании твердого тела и нестационарному взаимодействию жидкости со свободной поверхностью с твердой стенкой.
Для определения исходных данных проводятся натурные измерения характеристик порывов ветра во время шторма. С этой целью в рамках работы разрабатывается регистрирующая аппаратура, в основе которой лежит высокочастотное (до 1 кГц) измерение динамического давления . Для обрушающихся волн в береговой зоне моря проводятся измерение скоростей в различных точках фронта волны на основе анализа видеоизображений.
Данные натурных измерений используются для моделирования изучаемых процессов в лаборатории. Порывы ветра моделируются на специально созданном вихревом генераторе. Обрушение волн и образование выплесков при ударах волн моделируется в волновом лотке, оснащенным комплексом регистрирующей аппаратуры.
Исследование процессов нестационарного нагружения объектов является актуальной задачей, из-за растущих темпов развития строительства, в том числе в зонах подверженных опасным природным воздействиям. Действующие в настоящее время строительные нормы и правила (СНиП «Нагрузки и воздействия») не учитывают роли нестационарности, в частности для оценки ветровых нагрузок.
Объектом исследования является нестационарная (зависящая от ускорения) составляющая динамической нагрузки при ускорении тела в среде с конечной скоростью звука.
Научная новизна полученных результатов при решении задачи заключается в следующем: Впервые рассмотрено формирование нестационарной нагрузки с учетом скорости распространения возмущений в среде в процессах с существенно дозвуковыми скоростями.
Впервые описано явление формирования Г-образного гидродинамического выплеска при ударах обрушающихся волн в береговой зоне моря.
Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов исследования при описании процессов нестационарного нагружения в задачах связанных с воздействием фронтов скорости.
Достоверность полученных результатов, а также обоснованность научных положений вытекают из того, что проведенные исследования не противоречат выводам работ других авторов, являясь их продолжением и развитием. Установленные физические закономерности согласуются с результатами лабораторного моделирования и некоторыми натурными данными.
Апробацию работа прошла во время докладов на многих представительных конференциях, в том числе и международных. По материалам, изложенным в диссертации, опубликована 21 печатная работа, включая статьи в научных журналах и публикации в материалах конференций. Основные результаты опубликованы в журнале «Physics of wave phenomena»
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Во введении изложены предмет изучаемого явления, основные цели и задачи исследования. Глава 1 посвящена обзору имеющихся данных о формировании и распространении фронтов скорости в океане и атмосфере. Также рассмотрены результаты работ, посвященных динамическому воздействию волновых фронтов.
Кроме того, в главе 1 рассмотрены существующие современные методы исследований газо- и гидродинамических процессов, которыми пользовался автор. Глава 2 содержит результаты исследований, посвященных динамическому воздействию порывов ветра. Приведены данные натурных измерений, экспериментального и численного моделирования, выполненных автором. В главе 3 представлены результаты исследований выплесков при ударах волн в береговой зоне моря. Глава 4 является обобщающей и подводящей итог. Глава посвящена выявлению общих закономерностей формирования волн давления в средах с конечной скоростью распространения возмущений, и построению безразмерных зависимостей на основе моделирования с использованием газо-гидравлической аналогии для определения поправок к модели идеальной несжимаемой жидкости. В заключении представлены все основные результаты проведенного исследования.
Динамическое воздействие при ударах волн в береговой зоне моря
Прохождение штормов сопровождается образованием больших волн на поверхности моря, которые, подходах к берегу, несут большую разрушительную энергию [1]. Объекты береговой зоны моря, такие как пирсы, волноотбойные стены, волноломы подвергаются интенсивному воздействию от ударов обрушающихся волн. Разработка защитных элементов для сооружений в прибрежной зоне всегда будет актуальной задачей из-за широкого диапазона воздействия стихии. В номенклатуре параметров поражающих воздействий Государственного стандарта Российской Федерации «Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы» (ГОСТ Р 22.0.06 - 95) [46] удар волн в береговой зоне моря рассматривается как источник природной ЧС. Представляется проблематичным найти общее решение, кроме фундаментальных защитных сооружений типа молов и искусственных бухт.
Процессы взаимодействия объектов береговой зоны моря с волнами характеризуются значительными импульсными нагрузками, вплоть до ударных. В результате, интенсивность и форма взаимодействия определяются не столько скоростью волн, сколько ускорением при взаимодействии волн с береговыми объектами и между собой.
Известно, что давления, возникающие при ударах волн о береговые сооружения значительно превосходят значения связанные с параметрами волны, такими как высота волны, плотность морской воды, глубина воды и ускорение свободного падения.
В последнее время, изучение движения жидкости в твердой емкости при нестационарном характере поведения последней, также стало актуальным из-за множества инженерных проблем. В морских приложениях, помимо береговой зоны, эффекты выплесков могут возникать на борту судна, например при транспортировке жидких грузов, отрицательно влияя как на устойчивость судна, так и на конструкцию в целом. Возникновение выплесков в цистернах и баках стало актуальной проблемой в технологиях транспортировки жидкостей. Эффекты выплесков следует учитывать и при проектировании емкостей-хранилищ в сейсмоактивных районах. В этой связи можно отметить достижения описанные в работах [41] и [44]. В работах рассматриваются процессы формирования выплесков при нестационарном взаимодействии стенки со слоем жидкости. Авторами используется приближение идеальной несжимаемой жидкости для моделирования процесса нагружения стенки. Результаты показывают хорошее согласование с экспериментом.
При набегании волн на объекты, расположенные в береговой зоне моря, образуются выплески (взбросы воды), свидетельствующие о силе удара волны. Далеко не всегда высота выплесков соответствует значениям, связанным с параметрами набегающей волны. В монографии Шулейкина по физике моря приведены данные о том, что на побережьях Атлантического океана были измерены силы ударов волн, достигавших нескольких десятков тонн на квадратный метр [24]. Даже были попытке вычислить силу удара косвенным путем, наблюдая высоту выплесков воды во время прибоя у некоторых маяков. Если высота выплеска составляет h метров, то начальная скорость частиц должна была равняться
Далее принимается предположение, что вода ударяется о преграду примерно с такой же скоростью. В этом случае рассматривается квазистационарное обтекание препятствия без учета ударных давлений, возникающих при набегании фронта волны на стенку. На Рис. 4 представлена фотография удара волны о маяк с образованием мощного взброса воды. Высота выплеска сравнима с высотой маяка, которая составляет примерно 30 метров.
Большой вклад в исследования ударов волн в береговой зоне моря сделан Д. X. Перегрином [1, 51]. В одной из последних работ автора приведены результаты моделирования ударов волн и сравнение с натурными измерениями. На Рис. 5 представлена запись давления при ударе волны о стену. Острый пик в начальной фазе является характерной особенностью при ударах волн. Амплитуда давления в пике значительно превосходит значения, которые могут быть получены из параметров набегающей волны под действием силы тяжести. Р удовлетворяет уравнению Лапласа.
Эксперименты показали, что при равных начальных условиях пиковое давления принимает различные значения, причем разброс велик. Багнольд (Bagnold 1939) указал, что, не смотря на вариации пикового давления ррк времени удара At (примерно равному удвоенному времени возрастания давления), произведение ppkAt остается постоянным; Является приближенной формулировкой определения для р. В этих работах обрушение рассматривается только до того момента, как передняя часть волны становится вертикально. Ссылаясь на результаты экспериментов, авторы утверждают, что максимальные ударные давления возникают именно тогда, когда передняя часть волны вертикальна, и бьется о вертикальную стену. Образование выплеска и его динамических характеристик в работах по ударам волн не рассматривается.
В качестве результатов (кроме решения краевой задачи) приведены распределения пикового давления и импульсного давления по глубине. Также дано распределение скоростей после удара. Результаты теоретического исследования хорошо согласуются с экспериментом.
Моделирование порыва ветра в лабораторных условиях
Образование выплеска в природе можно наблюдать при ударе волны о береговые сооружения. На Рис. 42 представлен фотоснимок взаимодействия набегающей на берег волны и волнорезного сооружения. В приведенном примере высота волны и высота волнореза над уровнем моря порядка 1 м. Жидкость принимает характерную для взаимодействия Г-образную форму, изучению параметров которой посвящена часть работы.
Цель данной части работы состоит в определении роли ускорения в образовании выплеска, а также характерных параметров, таких как высота подъема жидкости при нестационарном взаимодействии с препятствием и скорость верхней горизонтальной части выплеска.
Модельные эксперименты по исследованию образования выплесков проводились в волновом лотке. Лоток, выполненный из толстого оргстекла, с прямоугольным поперечным сечением 30x30см имеет длину 300 см. Внутрь лотка помещен поршень, движущийся в горизонтальном направлении при помощи электромоторного привода, занимающий все внутреннее сечение лотка. Поршень приводится в движение при помощи электродвигателя с регулируемым количеством оборотов.
Регистрация движения жидкости при образовании выплеска производится при помощи цифровой видеокамеры с выходом на компьютер, установленной так, что оптическая ось перпендикулярна боковой стенке лотка.
Помимо записи движения фронта выплеска, производится регистрация поля скоростей в процессе образования выплеска при помощи системы PIV (Particle Image Velocimetry) Oxford Lasers Imaging Division. Система состоит из пары импульсных лазеров, оптической системы для образования плоского пучка света, CCD камеры с разрешением 2048x2048 пикселей, высокоскоростной платы видеозахвата, устройства синхронизации, и программного обеспечения для записи и обработки изображений. Съемка ведется со скоростью 12 кадров в секунду в режиме двойной экспозиции, что дает возможность построить 6 полей скоростей в секунду (по каждой паре кадров). Метод визуализации поля скоростей основан на анализе покадрового сдвига отдельных частиц, взвешенных в жидкости.
Определяющим параметром в формировании выплеска является характер движение поршня. Поэтому регистрируемым параметром являлось и ускорение поршня, которое записывалось при помощи акселерометра с чувствительностью 1000 мВ/g (РСВ Piezotronics, модель 3701G3FA3G), зафиксированного на поршне. Запуск мотора поршня, и команды на запись системы PIV и сигнала акселерометра определялись единым синхроимпульсом. В лабораторных условиях моделирование проводилось в прямоугольной кювете, заполненной водой до глубины h = 0.02 м. В начальный момент времени поршень приводился в движение с некоторым ускорением, зависящим от скорости мотора. На Рис. 43 приведен один кадр видеозаписи взаимодействия слоя воды и поршня с образованием выплеска. Поршень движется справа налево, взаимодействуя с покоящимся слоем воды, толщиной 0.02 м. Жидкость поднимается вдоль рабочей стенки поршня на высоту Н, принимая характерную Г-образную форму. Выплеском мы будем называть весь возмущеный объем жидкости, а языком выплеска - его верхнюю часть, которая отделяется от стенки.
Выплеск образующийся при движении поршня с ускорением дволь слоя жидкости со свободной поверхностью. Поршень, стенка которого значительно выше уровня жидкости, движется справа налево.
Одним из параметров взаимодействия является высота подъема жидкости вдоль передней стенки поршня. На Рис. 44 представлены экспериментальные и теоретические значения высоты подъема выплеска в зависимости от начальной скорости. Пунктирная линия на графике соответствует уравнению Бернулли для полного давления:
В данном разделе иллюстрируется роль ускорения в динамике выплеска. По-видимому, образование выплеска в основном определяется величиной ускорения поршня. Есть оптимальная величина ускорения, приводящая к максимальному выплеску, в зависимости от скорости. В качестве иллюстрации на Рис. 45 приведены снимки выплесков, полученные при одинаковой конечной скорости, но различных ускорениях. Формы скоростей для этих экспериментов приведены на Рис. 46.
Из иллюстраций видно, что язык не образуется в случае меньшего ускорения. Ускорение g является переходным, т.е. если возмущение жидкости происходит с ускорением меньше чем д, то язык выплеска не образуется. При ускорениях больших д язык образуется, и параметры его такие как размер и скорость зависят от величины ускорения, а не скорости.
Выплески при ударах реальных волн иллюстрируют роль ускорения жидкости, так как возникают большие ударные давления и скорости, превышающие значения, связанные с волновым движением. Давления, возикающие при ударах волн значительно превышают те значения, которые можно получить учитывая параметры волны, такие как высота волны Н, глубину h, ускорение свободного падения д, и плотность жидкости р. Давление при ударном взаимодействии может превышать значение 10 рд(НЩ.[\] В работе [2] авторы приводят оценки оценки для максимального давления при ударе жидкости P=pUa, где U - скорость жидкости, а - скорость звука среды.
Динамика жидкости при образовании выплеска
Численное моделирование равноускоренного движения поршня в газе было проведено для дополнения экспериментальных данных по величине амплитуды давления при ускорении тела в сжимаемой жидкости. Как уже говорилось ранее, натурные измерения практически не реализуемы, поэтому остается пользоваться экспериментальным и численным моделированием.
Для проведения численного эксперимента в пакете Solid Works 2005 были созданы следующие геометрические объекты: прямоугольная область с размерами 490м-490м-50м (соответственно x-y-z), прямоугольный поршень с размерами 20м-300м-50м. Расчетная область течения создавалась на основе прямоугольной области. Грани 1,2,4-свободный выход/нулевое давление, выход (Тип границы/граничное условие по скорости соответственно). Условие подразумевает выполнение равенств:(vv„n)r= о,/=и,з, рг=о. Т.е обнуление нормальной производной и давления на границе (п нормаль к границе). Грани 5,6,3-Стенка/стенка с проскальзыванием. Условие подразумевает выполнение равенств: (W.,n)r=Q,i=\,2,2 в случае когда /1,=о, и v,=o в случае когда и, о. Где п также нормаль к границе. На поршне задавалось граничное условие «стенка с проскальзыванием». Такое задание граничных условий означает, что геометрическая длина поршня в модели соответствует половине реальной длины поршня в изучаемом процессе. Поршень двигался с ускорением 100м/с2. Далее в расчетной области генерировалась сетка 200-200-1 ячеек (соответственно х-y-z). В области поршня проводилась адаптация сетки до второго порядка. При этом ячейки начальной сетки, в которые попала граница поршня, делятся сначала на 4 части (в двумерном случае). После из этих ячеек выбираются те, в которые снова попала граница поршня, и опять делятся на 4 части. Сетка строилась равномерно, так что длина одной ячейки в направлении х и у составляла 2,45м. Для произведения численного расчета использовалась неявная схема, которая является абсолютно устойчивой и не накладывает ограничений на шаг по времени. Для определения всех параметров использовались схемы со вторым порядком точности. Точность расчетов составляла 0,01. Шаг по времени задавался жестко и составлял 0,001с. Жесткое задание шага по времени приводит к возникновению неизбежной погрешности в расчетах, особенно при больших значениях скорости, однако дает возможность существенно сократить время расчета. Расчет производился до момента времени 2 с. Характерное время задачи в данном эксперименте г=— -=о,9с. К моменту времени 2 с. нестационарная часть давления уже перестает нарастать по ударной прямой и испытывает колебания возле некоторого постоянного среднего значения. Определение этой средней величины составляло основную цель численного моделирования. Для визуализации полученных результатов в постпроцессоре расчетного пакета были созданы следующие объекты: тоновая заливка давления в области течения, график скорости и график давления вдоль оси х, векторное- поле скоростей. Также производилась запись в файл зависимости от времени максимального давления в области течения. Картина течения показана на рисунке ниже.
Численное моделирование удалось произвести при малых значениях параметра К, которые составляли не более 0,1. При этом можно отметить хорошую сходимость эксперимента и расчета. При попытке увеличения параметра К наблюдается заметное увеличение времени расчета. Это связано с адаптивным шагом по времени, который используется при расчетах нестационарных течений. По мере ускорения поршня шаг уменьшается. Другая сложность связана с движением поршня в области расчета, так как расчетная сетка является неподвижной. К примеру, расчет движения для К=0.1 занимает 3 дня на высокопроизводительной машине. Тем не менее, такую задачу можно решать методами численного моделирования.
В результате проведения исследования получены данные по качественным и количественным характеристикам процесса формирования волн давления в среде с конечной скоростью распространения возмущений.
Проведены натурные измерения динамических характеристик порывов ветра, в результате которых получены данные о крутизне фронта скорости в порыве. Согласно измерениям, ускорения во фронте порыва могут достигать значений около 50 м/с2. На основе данных натурных измерений были выполнены теоретические оценки и построено лабораторное моделирования ветровых порывов. В результате получены данные о величине динамической нагрузки с учетом ускорения потока. Показано, что учет ускорения дает значительные поправки к нагрузкам. Лабораторные эксперименты позволили воспроизвести основные динамические характеристики вихревого порыва в лабораторных условиях и провести измерения динамического воздействия на объекты.
Удар в сжимаемой жидкости - случай бесконечного ускорения
Грани 5,6,3-Стенка/стенка с проскальзыванием. Условие подразумевает выполнение равенств: (W.,n)r=Q,i=\,2,2 в случае когда /1,=о, и v,=o в случае когда и, о. Где п также нормаль к границе.
На поршне задавалось граничное условие «стенка с проскальзыванием». Такое задание граничных условий означает, что геометрическая длина поршня в модели соответствует половине реальной длины поршня в изучаемом процессе. Поршень двигался с ускорением 100м/с2. Далее в расчетной области генерировалась сетка 200-200-1 ячеек (соответственно х-y-z). В области поршня проводилась адаптация сетки до второго порядка. При этом ячейки начальной сетки, в которые попала граница поршня, делятся сначала на 4 части (в двумерном случае). После из этих ячеек выбираются те, в которые снова попала граница поршня, и опять делятся на 4 части. Сетка строилась равномерно, так что длина одной ячейки в направлении х и у составляла 2,45м. Для произведения численного расчета использовалась неявная схема, которая является абсолютно устойчивой и не накладывает ограничений на шаг по времени. Для определения всех параметров использовались схемы со вторым порядком точности. Точность расчетов составляла 0,01. Шаг по времени задавался жестко и составлял 0,001с. Жесткое задание шага по времени приводит к возникновению неизбежной погрешности в расчетах, особенно при больших значениях скорости, однако дает возможность существенно сократить время расчета. Расчет производился до момента времени 2 с. Характерное время задачи в данном эксперименте г=— -=о,9с. К моменту времени 2 с. нестационарная часть давления уже перестает нарастать по ударной прямой и испытывает колебания возле некоторого постоянного среднего значения. Определение этой средней величины составляло основную цель численного моделирования. Для визуализации полученных результатов в постпроцессоре расчетного пакета были созданы следующие объекты: тоновая заливка давления в области течения, график скорости и график давления вдоль оси х, векторное- поле скоростей. Также производилась запись в файл зависимости от времени максимального давления в области течения. Картина течения показана на рисунке ниже.
Численное моделирование удалось произвести при малых значениях параметра К, которые составляли не более 0,1. При этом можно отметить хорошую сходимость эксперимента и расчета. При попытке увеличения параметра К наблюдается заметное увеличение времени расчета. Это связано с адаптивным шагом по времени, который используется при расчетах нестационарных течений. По мере ускорения поршня шаг уменьшается. Другая сложность связана с движением поршня в области расчета, так как расчетная сетка является неподвижной. К примеру, расчет движения для К=0.1 занимает 3 дня на высокопроизводительной машине. Тем не менее, такую задачу можно решать методами численного моделирования. В результате проведения исследования получены данные по качественным и количественным характеристикам процесса формирования волн давления в среде с конечной скоростью распространения возмущений.
Проведены натурные измерения динамических характеристик порывов ветра, в результате которых получены данные о крутизне фронта скорости в порыве. Согласно измерениям, ускорения во фронте порыва могут достигать значений около 50 м/с2. На основе данных натурных измерений были выполнены теоретические оценки и построено лабораторное моделирования ветровых порывов. В результате получены данные о величине динамической нагрузки с учетом ускорения потока. Показано, что учет ускорения дает значительные поправки к нагрузкам. Лабораторные эксперименты позволили воспроизвести основные динамические характеристики вихревого порыва в лабораторных условиях и провести измерения динамического воздействия на объекты.
Изучен процесс образования Г-образного выплеска на свободной поверхности на основе данных натурных наблюдений, теоретических оценок и лабораторного моделирования. Продемонстрирована необходимость учета ускорения при описании динамических характеристик выплесков.
Процессы воздействия фронтов скорости с объектами обобщены на основе рассмотрения безразмерной характеристики взаимодействия, учитывающего скорость распространения возмущений в среде, размер препятствия и ускорение потока. С этой целью выполнены теоретические оценки и моделирования на основе газо-гидравлической аналогии. Физическое моделирование позволило выявить эффекты, связанные с ускорением «присоединенной массы». Получены количественные поправки к приближению идеальной жидкости, которые могут быть использованы на практике, а разработанные подходы к моделированию можно использовать для дальнейших исследований в этой области. Проведено численное моделирование исследуемых процессов, результаты которого согласуются с экспериментом. Определенные трудности возникают при попытке получить величины давления при больших значениях параметра К, как в эксперименте так и в численном расчете. В случае экспериментального моделирования это обстоятельство связано с ограничениями, накладываемыми на применение газо-гидравлической аналогии. В случае численного моделирования трудности возникают из-за существенного увеличения времени расчета, которое может достигать нескольких недель на высокопроизводительных машинах. Дальнейшие исследования в этой области могут быть связаны с поиском подходов к решению вышеперечисленных трудностей.
