Введение к работе
Актуальность проблемы.
Интерес к исследованию обтекания двумерных препятствий непрерывно стратифицированной жидкостью вызван рядом обстоятельств. Изучение характерных форм течений, их пространственно-временных характеристик, устойчивости и критических значений параметров, при которых происходит перестройка течения, представляет научный интерес. Практическое значение имеют расчеты горных и долинных ветров, облачных систем, роторов, турбулентности ясного неба; топографических внутренних волн в океане и подветренных внутренних волн в атмосфере, взаимодействия течений с подводными уступами; перераспределения примесей в задаче о загрязнении окружающей среды с учетом орографии. Особый методический интерес представляет задача обтекания совершенного тела - кругового цилиндра. Именно она служит тестовой моделью для анализа аналитических решений и интенсивно развивающихся численных моделей. В большинстве работ рассмотрены стационарные задачи, однако в последнее время все большую значимость приобретают нестационарные процессы генерации и отрыва вихрей в следе, отрыва и примыкания донного течения, неустановившиеся процессы формирования столбчатой моды внутренних волн впереди тела.
Цель работы включает
экспериментальное исследование течения линейно стратифицированной по соли жидкости за горизонтальным цилиндром, движущимся с постоянной скоростью, в широком диапазоне изменения параметров задачи с совместным использованием оптических и зондовых методов,
определение характерных элементов течения, условий их возникновения и перестройки,
выделение и описание режимов течения, построение карты режимов,
измерение скачков плотности на высокоградиентных прослойках.
Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты:
- В окрестности тела меняется исходный характер распределения
плотности, формируются разрывы в поле плотности и ее градиен
та. Измеренные значения градиента плотности в высокоградиент
ной прослойке более чем на два порядка превышают градиент
исходной стратификации; разрывы ограничивают область существования внутренних волн.
Распределения скорости и плотности в следе не являются подобными, характерные масштабы их пространственной изменчивости существенно различаются.
Выделены типичные структурные элементы течения в диапазоне изменения чисел Рейнольдса и Фруда 5 Обнаружен процесс дробления вихрей при нестационарном отрыве. Конечной фазой процесса является тонкая структура следа. Обнаружено явление микромасштабной неустойчивости, когда сложный рельеф изопикнических поверхностей наблюдается на фоне гладкого распределения скорости. Практическое значение Полученные результаты могут быть использованы в практике научно-исследовательских организаций при описании динамики природных систем и процессов, при решении задач экологии и охраны окрукащей среда, мониторинга атмосферы и океана, совершенствования химических технологий и других прикладных вопросов механики стратифицированной жидкости. Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на школах-семинарах "Методы гидрофизических исследований" в 1989, 92гг., на совещаниях Рабочей группы "Лабораторное моделирование динамических процессов в океане" в 1990, 91, 92гг., на Третьей Всесоюзной конференции "Волны и вихри в океане" в 1990г., на Всесоюзной конференции "Проблемы стратифицированных течений" в 1991г. Публикации Результаты исследований отражены в публикациях [1-9J. Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 109 наименований, включает 48 рисунков и 3 таблицы. Общий объем диссертации -105 страниц.