Введение к работе
Актуальность проблемы. Во многих разделах физики, в том с'-. числе и в гидродинамике, большое внимание уделяется изучению уединенных волн или солитонов. Они представляют собой устойчивые волны, в которых нелинейные эффекты уравновешивают дисперсию и которые при отсутствии потерь энергии распространяются с постоянной скоростью без изменения формы. Открытые еще в 1834 году на поверхности воды в неглубоком канале, они были "переоткрыты" в 60-х годах нынешнего столетия и стали объектом интенсивных исследований.. Достаточно отметить, что только в 1981-83 годах по солитонам вышло несколько специальных монографий. Они существуют на поверхности и внутри жидкости, в.плазме, в твердом теле, в полупроводниках, в электромагнитных линиях передачи и т.д.
При теоретическом анализе уединенных волн возникают значительные трудности, обусловленные нелинейностью и сложной аналитической структурой исходных уравнений. Поэтому получили широкое распространение различные приближенные методы, основанные на разложениях по малым параметрам. В связи с этим одна из актуальных задач состоит в определении границ применимости различных теоретических моделей. При ее решении наиболее информативным продолжает оставаться физический эксперимент. Его результаты служат основой для апробации существующих и разработки новых подходов для наиболее полного и однозначного описания физических явлений. Особенностью наблюдаемых в опытах волн является то, что в них наряду с нелинейностью и дисперсией имеет место диссипация энергии (в жидкости из-за вязкости). Еще одной принципиально важной задачей является разработка какого-либо способа учета затухания волн.
Цель работы:
экспериментальная реализация и изучение уединенных внутренних волн в двухслойной жидкости.как в отсутствие, так и при наличии сдвигового течения;
анализ диапазона применимости различных приближенных теоретических моделей;
разработка и обоснование способа учета вязкого затухания
уединенных волн; _ ''."
- экспериментальное изучение параметров предсказанных те
оретически стационарных волн нового типа - плавных боров.
Научная новизна. Основой диссертационной работы являются экспериментальные данные, полученные на четырех лабораторных установках, позволяющих проводить исследования в потоках со свободной поверхностью и "под крышкой" со сдвигом или без сдвига скорости между слоями. Принципиально новой является экспериментальная информация о параметрах впервые реализованных в данных опытах уединенных внутренних волн, распространявшихся по сдвиговому течению вверх и вниз по потоку. Получены новые данные о вязком затухании уединенных волн. Впервые реализованы и изучены плавные боры, характеризующиеся плавным монотонным переходом границы раздела с одного постоянного уровня на другой и распространявшиеся как по сдвиговому течению, так и по покоящейся перед фронтом волны жидкости.
Практическое значение. Результаты данных опытов позволили определить границы применимости различных теоретических моделей уединенных волн и могут использоваться при дальнейшем совершенствовании этих моделей, в частности в направлении учета диссипации энергии. При проведении экспериментальных исследований стратифицированной жидкости полезны различные методические аспекты выполненной работы: способы создания сдвиговых течений, способы генерации волн, методика их измерений и др.
Достоверность результатов обоснована оценкой возможных систематических и случайных погрешностей измерений, проведением тестовых опытов, тщательным изучением характеристик использовавшихся в опытах датчиков электропроводности, дублированием методов получения экспериментальной информации, многократным повторением опытов в одних и тех же условиях. Надежность полученных экспериментальных данных подтверждается ее хорошим совпадением с результатами расчетов на основе наиболее совершенных математических моделей.
Автор защищает:
- полученные экспериментальные данные, включая вопросы их
точности и надежности;
существование в реальных условиях ранее в опытах не наблюдавшихся стационарных волн нового типа - плавных боров;
сформулированный КЕазистационарный принцип учета влияния вязкости на уединенные внутренние волны;
выводы о диапазоне применимости различных приближенных математических моделей уединенных волн.
Апробация работы. Детальное обсуждение работы осуществлялось на научном семинаре Института гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО АН СССР (руководитель - профессор Пухначев В.В.), семинаре Новосибирского государственного университета им. Ленинского комсомола "Волны в стратифицированной жидкости" (руководитель - академик Овсянников Л.В.). Наиболее важные фрагменты работы докладывались на У Всесоюзной школе АНИМО (Севастополь, 1980), на Республиканской конференции "Теоретические и экспериментальные исследования молодых ученых океанологов -XIX съезду ВЛКСМ" (Севастополь, 1982), на Всесоюзном семинаре по исследованию внутренних волн (Москва, 1983), на III и ІУ Республиканских конференциях "Проблемы гидромеханики в освоении' океана" (Киев,1984,1987), на II Всесоюзной школе-семинаре "Методы гидрофизических исследований" (Солнечногорск, 1986).
Публикации. Основой диссертации послужили 8 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура работы. Диссертация объемом 141 страница содержит 75 страниц основного текста, список литературы из 134 наименований, 45 рисунков и 8 таблиц. Текст состоит из введения, трех глав и краткого заключения.