Генерация трехмерных периодических внутренних волн и пограничных слоев в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости
Диссертация
Полученные результаты могут быть использованы для построения аналитических моделей возбуждения и нелинейного взаимодействия коротких внутренних волн в средах со сложным законом распределения плотности, при разработке алгоритмов численного моделирования природных процессов, протекающих в атмосфере и океане, разработке алгоритмов идентификации источников волн и расчета их параметров, в частности… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Расчеты и наблюдения периодических внутренних волн (обзор)
- 1. 1. Наблюдения волн в лабораторных и природных условиях
- 1. 2. Теоретические и лабораторные исследования периодических внутренних волн
- 1. 3. Монохроматические внутренние волны
- 1. 4. Генерация волн свободно осциллирующими телами на горизонтах нейтральной плавучести
- Глава 2. Уравнения движения и методы расчета генерации пучков трехмерных внутренних волн при вынужденных колебаниях источника
- 2. 1. Приближение несжимаемой жидкости
- 2. 2. Постановка задачи
- 2. 3. Построение полного решения
- 2. 4. Решения дисперсионного уравнения, их поведение в предельных случаях
- 2. 5. Особенности решения на критических углах
- Глава 3. Анализ свойств решения задачи генерации трехмерных периодических движений источниками различного типа
- 3. 1. Фрикционный источник
- 3. 1. 1. Прямоугольник, совершающей прямолинейные осцилляции в своей плоскости
- 3. 1. 2. Осциллирующие вдоль своей плоскости диск и эллипс
- 3. 2. Поршневой источник
- 3. 2. 1. Прямоугольник, совершающей прямолинейные осцилляции по нормали к своей плоскости
- 3. 2. 2. Осциллирующие по нормали к поверхности диск и эллипс
- 3. 3. Составной источник
- 3. 4. Сравнительный анализ свойств различных источников трехмерных периодических внутренних волн
- 3. 5. Излучение волн горизонтальным диском, осциллирующим в вертикальном направлении (точное решение)
- 3. 6. Энергетика излучателей
- 3. 1. Фрикционный источник
- Глава 4. Сопоставление результатов расчетов и данных лабораторных экспериментов
- 4. 1. Методика лабораторных исследований генерации трехмерных периодических внутренних волн
- 4. 2. Визуализация и измерения параметров пучков трехмерных периодических внутренних волн
- 4. 3. Сравнение результатов расчетов и данных лабораторных экспериментов
- 4. 4. Расчет картины течений и сравнение с данными визуализации
- Глава 5. Свободные колебания уравновешенных тел на горизонте нейтральной плавучести в непрерывно стратифицированной жидкости
- 5. 1. Расчет траектории движения свободного шара смещенного с горизонта нейтральной плавучести в вязкой экспоненциально стратифицированной жидкости
Список литературы
- Franklin В. Behavior of oil on water. Letter to John Pringle // Experimental and observations on electricity. London. 1769. P 142−144.
- Jevons W. S. On the cirrous form of clouds. // London, Edinburgh Dublin Philos. Mag. Jour. Sci. 1857. 4th.Ser. V. 14. P. 22−35.
- Rayleigh, Lord. Investigation of the character of the equilibrium of an incompressible heavy fluid of variable density // Proc. Lond. Math. Soc. 1883. V. 14. P 170−177.
- Love A. E. H. Wave motion in heterogeneous heavy liquid // Proc. Lond. Math. Soc. 1891 V. XXII. P. 307−316.
- Lamb H. On the theory of waves propagated vertically in the atmosphere // Proc. London Math. Soc. 1909. Part II. V. 7. P. 122−141.
- Lamb H. On atmospheric oscillations // Proc. Roy. Soc. 1910. V. 84. P. 551−571.
- Brunt D. The periodic of simple vertical oscillation in the atmosphere // Quart. Jour. Roy. Meteo. Soc. 1927. V. 53 P. 30−32.
- Vaisala V. Uber die Wirkung der Windschwankunger auf die Pilotbeobah-tungen // Soc. Scient. Fennica. Com. Phys.-Math. 1925. V. II. 19. P. 1−46.
- Gorrtler Von H. Uber eine Schwingungserscheinung in Fltissigkeiten mit stabiler Dichtcshichtung. // Zeitschrift fur angewandte mathematik und mechanic. 1943 B. 23. H. 2. S. 65−72.
- Лайтхилл Дж. Волны в Жидкости. М: Мир. 1981. 598 с.
- Ekman, V.W. «On dead water». In: Scientific Results of the Norwegian North Polar expedition 1893−1896. 1904. V. 15, 150 p.
- Морозов Е.Г. Океанские внутренние волны. M.: Наука. 1985. 152 с.
- Коняев К.В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометео-изд. 1992. 272 с.
- Konyaev, K.V., Sabinin, K.D., Serebryany, A.N. Large amplitude internal waves at the Mascaren Ridge in the Indian Ocean. // Deep-Sea Res. 1995. V. 42 (11/12), P. 2075−2091.
- Скорер P. Аэрогидродинамика окружающей среды. M.: Мир. 1980. 549 с.
- Кожевников В.Н. Возмущения атмосферы при обтекании гор. М.: Научный мир. 1999. 160 с.
- Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. М.: Мир. 1969. 258 с.
- Григорьев Г. И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли (обзор)//Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1999. Т. 17. № 1. С. З -25.
- Zhang S.D., Yi F. A numerical study of propagation characteristics of gravity wave packets propagating in a dissipative atmosphere // J. Geo-phys. Res. 2002. V. 107. D. 14. P. 1 9.
- Frits D.C., Alexander M.G. Gravity waves dynamics and effects in the middle atmosphere // Reviews of Geophys. 2003. V. 41. №. 1. P. 1 64.
- Перцев H.H., Шалимов С. Л. Генерация атмосферных гравитационных волн в сейсмически активным регионе и их влияние на ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. С. 111 118.
- Андреева Е.С., Гохберг М. Б., Куницын В. Е., Терещенко Е. Д., Худу-кон Б.З., Шалимов С. Л. Радиотомографическая регистрация возмущений ионосфере от наземных взрывов // Косм. иссл. 2001. Т. 39. № 1. С. 13−17.
- Gortler Н. Uber eine Schwingungsersheinung in Flussigkeiten mit stabiler Dichteshichtung // Z. angew Math. Mech. 1943. B.23 H.2 S.65−71.
- Mowbray, D.E., Rarity, B.S.H. A theoretical and experimental investigation of the phase configuration of internal waves of small amplitude in density stratified liquid // Jour, of Fluid Mech. 1967. V. 28, P. 1−16.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т.6. Гидродинамика. М.: Физматлит. 2003. С. 736.
- Городцов В.А. О слоистых структурах на конечной стадии вырождения турбулентности в стратифицированных жидкостях// Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1985. № 4. С. 69 76.
- Takanori Uchida, Yuji Ohya, Numerical simulation of atmospheric flow over complex terrain// J. of Wind engineering and Industrial Aerodynamics. 1999. V. 81. P. 283−293.
- Gordon, D., Klement, U.R., Stevenson T.N. A viscous internal wave in a stratified fluid whose buoyancy frequency varies with altitude. // Journal of Fluid Mech. 1975. V. 69(3). P. 615−624.
- Stevenson, T.N., Bearon, J.N., Thomas, N.H. A internal wave in a viscous heat-conducting isothermal atmosphere. // J. Fluid Mech. 1974. V. 65(2). P. 315−323.
- Stevenson, T.N., Woodhead, T.J., Kanellopulos, D. Viscous effects in some internal waves. //Appl. Sci. Res. 1983. V. 40. P. 185−197.
- Hurley, D.G. A general method for solving steady-state internal gravity wave problems. // J. Fluid Mech. 1972. V. 56. P. 721.
- Hurley, D.G. The generation of internal waves by vibrating elliptic cylinders. Part 1. Inviscid solution. //J. Fluid Mech. 1997. V. 351. P. 105−118.
- Hurley, D.G., Keady, G. J. The generation of internal waves by vibrating elliptic cylinders. Part 2. Approximate viscous solution. // J. Fluid Mech. 1997. V. 351. P. 119−138
- Appleby, J.C., Crighton, D.G. Internal gravity waves generated by oscillations of a sphere. // J. Fluid Mech. 1987. V. 183. P. 439−450.
- Габов С.А., Свешников, А.Г. Линейные Задачи Теории Нестационарных Внутренних Волн. М.: Наука, 1990. 343 с.
- Городцов В.А., Теодорович Э. В. Линейные внутренние волны в экспоненциально стратифицированной идеальной несжимаемой жидкости // Препринт ИПМ АН СССР. № 114. 1978. 38 С.
- Городцов В.А., Теодорович Э. В. Излучение внутренних волн при периодическом движении источников // Журнал прикладной механики и технической физики. 1983. № 4. С. 81 88.
- Городцов В.А., Теодорович Э. В. Энергетика генераторов гармонических внутренних волн // Журнал прикладной механики и технической физики. 1986. № 4. С. 53 60
- Voisin В. Limit states of internal wave beams // J. Fluid Mech. (2003), vol. 496, pp. 243−293. 2003
- Maas L.R.M., Lam F.P.A. Geometric focusing of internal waves // J. Fluid. Mech. 1995. V. 300. P. 1−41.
- Manders A. Internal waves patterns in enclosed density-stratified and rotating fluids // PhD Thesis. 2003. Utrecht University. P. 144
- Иванов, A.B. Генерация внутренних волн осциллирующим источником. // Изв. АН СССР Физ. атмосферы и океана. 1989. Т. 25. № 1. С. 84−89.
- Макаров, С.А., Неклюдов, В.И., Чашечкин, Ю. Д. Пространственная структура пучков двумерных монохроматических внутренних волн в экспоненциально стратифицированной жидкости. // Изв. РАН. Физ. атмосферы и океана 1990. Т. 26. № 7. С. 744−754.
- Sarma, L.V.K.V., Krishna, D.V. Oscillation of axisymmetric bodies in a stratified fluid. //Zastosow. Matem. 1972. V. 13. P. 109−120.
- Sarma, L.V.K.V., Naydu K.B. Source in a rotating stratified fluid // Acta Mechanica 1972. V. 13. P. 21 29.
- Hendershott, M.C. Impulsively started oscillations in a rotating stratified fluid. //J.FluidMech. 1969. V. 36. P. 513−527.
- Peters F. Schlieren interferometer applied to a gravity wave in a density-stratified liquid // Experiments in Fluids. 1985. V. 3 P. 261−296
- Sutherland B.R. Finite-amplitude internal wavepacket dispersion and breaking // J. Fluid Mech. 2001. V. 429. P. 343−380
- Flynn M.R., Kristjan Onu, Sutherland B.R. Internal wave excitation by a vertically oscillating sphere I I J. Fluid Mech. 2003. V. 494. P. 65−93.
- Sutherland B.R., Dalziel S.B., Hughes G.O., Linden P.F. Visualization and measurement of internal waves by 'synthetic schlieren'. Part 1. Vertically oscillating cylinder// J. Fluid Mechanics. 1999. V. 390. P.93 -126
- Васильев Теневые методы. M.: Наука. 1968. 400 с.
- Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Ижевск.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2000. 576 с.
- Phillips О.М. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid. Deep-Sea Res. 1970. V. 17. P. 435−443.
- Wunsh C. On oceanic boundary mixing. Deep-Sea Res. 1970. V. 17. P. 293−301.
- Кистович, A.B., Чашечкин, Ю.Д. Структура нестационарного пограничного течения на наклонной плоскости в непрерывно стратифицированной среде. // Доклады АН. 1992. Т. 325. № 4. С. 833−837.
- Байдулов, В.Г., Чашечкин, Ю.Д. Пограничное течение, индуцированное диффузией около неподвижного горизонтального цилиндра в непрерывно стратифицированной жидкости. // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т. 32. № 6. С. 818−823.
- Chashechkin Yu.D. Schlieren Visualization of a Stratified Flow around a Cylinder// J. Of Visualization. 1999. V. l No. 4. P. 345−354.
- LeBlond P.H. On the damping of internal gravity waves in a continuously stratified ocean // J. Fluid Mech. 1966. V. 25. Part 1. P. 121−142.
- Dore B.D. Oscillations in a non-homogeneous viscous fluid // Tellus. 1968. V. 20. № 3. P. 514−523
- Johns B. The damping of gravity waves of shallow water by energy dissipation in a turbulent boundary layer // Tellus. 1968. V. 20. № 2. P 330 337.
- Kelly R.E., Redekop L.G. the development of horizontal boundary layers in stratified flow. Part I. Non-diffusive flow // J. Fluid Mech. 1970. V. 42. Part .3. P. 497−511.
- Redekop L.G. the development of horizontal boundary layers in stratified flow. Part II. Diffusive flow // J. Fluid Mech. 1970. V. 42. Part 3. P. 513 525
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Отражение пакетов внутренних волн в вязкой жидкости от плоской жесткой поверхности // Известия АН, Физика Атмосферы и Океана. 1994. Т. 30. № 6. С 752−758.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Отражение пучков внутренних гравитационных волн от плоской жесткой поверхности // Доклады АН. 1994. Т. 337. № 3. С. 401−404
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Отражение пучков внутренних гравитационных волн от плоской жесткой поверхности // Прикладная математика и механика. 1995. Том 59. Вып. 4. С. 607−613.
- Чашечкин Ю.Д., Кистович Ю. В. Геометрия и энергетика пучков внутренних волн // Доклады АН. 1995. Т. 344. № 5. С. 684−686.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю.Д Линейная теория пучков гармонических внутренних волн в произвольно стратифицированной жидкости с учетом эффектов вязкости и диффузии: Препринт № 570. М.: Ин-т проблем механики РАН. 1996. 44 с.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Геометрия и энергетика пучков внутренних волн // Известия АН, Физика Атмосферы и Океана. 1997. Т. 33. № 1.С. 41−47.
- Чашечкин Ю.Д., Кистович Ю. В. Задача генерации монохроматических внутренних волн: точное решение и модель силовых источников"// Доклады АН. 1997. Т. 355. № 1. С. 54 57.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Локализованные и объемные внутренние волны в стратифицированной жидкости, граничащей с перемешанным слоем // Прикладная математика и механика. 1998. Т. 62. Вып.2. С. 257−262.
- Кистович Ю. В., Чашечкин Ю. Д. Линейная теория распространения пучков внутренних волн в произвольно стратифицированной жидкости // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39. № 5. С. 88−98.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Гармонические внутренние волны и внутренние пограничные течения в непрерывно стратифицированной жидкости: Препринт № 609. М.: ИПМ РАН. 1998. 112 с
- Чашечкин Ю.Д., Кистович Ю. В. Монохроматические внутренние волны в произвольно стратифицированной вязкой жидкости // Доклады АН. 1998. Т. 359. № 1. С. 112−115.
- Ильиных Ю.С., Кистович Ю. В., Чашечкин Ю. Д. Сравнение точного решения одной задачи возбуждения периодических внутренних волн с экспериментом // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1999. Т. 35. № 5. С. 649−655.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Генерация монохроматических внутренних волн в вязкой жидкости // Прикладная механики и техническая физика. 1999. Т. 40. № 6. С. 31 40.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Нелинейная генерация периодических внутренних волн пограничным течением на вращающемся осе-симметричном теле // Доклады АН. 1999. Т. 367. № 5. С. 636 639.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Точное решение одной линеаризованной задачи излучения монохроматических внутренних волн в вязкой жидкости // Прикладная математика и механика. 1999. Т.63. Вып. 4. С. 611−619.
- Чашечкин Ю.Д., Кистович Ю. В., Ильиных Ю. С. Экспериментальное исследование генерации внутренних волн пограничным течением на вращающемся диске // Доклады РАН. 2000. Т. 375. № 3. С. 338 342.
- Chashechkin Y. D., Kistovich Yu.V., Smirnov S.A., Linear generation theory of 2D and 3D periodic internal waves in a viscous stratified fluid // Environmetrics. 2000. V. 12. P. 57 80.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Внутренние волны, вязкие пограничные слои и внутренние пограничные течения в непрерывно стратифицированной жидкости // Препринт № 674. М.: ИПМ РАН. 2001. 156 с.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Излучение внутренних волн колеблющейся полосой конечной ширины // Доклады РАН 2001. Т. 380. № 1.С. 51−55.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Некоторые точно решаемые задачи излучения трехмерных периодических внутренних волн // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т.42. №. 1. С. 52 61.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Перенос вещества и силовое воздействие пучка двумерных периодических внутренних волн // Прикладная математика и механика. 2001. Т. 65. № 2. С. 244 250.
- Кистович Ю.В., Чашечкин Ю. Д. Новый механизм нелинейной генерации внутренних волн // Доклады АН. 2002 Т. 382. № 6. С. 772 776.
- Whitham G.B. Linear and nonlinear waves. New-York.: John Willey and Sons. 1974. 636 p.
- Стретенский Jl.H. Теория волновых движений. М.: Наука. 1977. 815 с.
- Алкуленко Л.Д., Михайлов С. А., Нестеров С. В., Чайковский А. А. Внешняя задача гидродинамики двухслойной жидкости и колебания твердого тела // Препринт № 314. М. ИПМех РАН. 1987. 75 с.
- Пыльнев Ю.В., Разумеенко Ю. В. Исследования затухающих колебаний глубоко погруженного поплавка специальной формы в однородной и стратифицированной жидкости. // Изв. АН СССР. МТТ: 1991. № 4. С. 71−79.
- Larsen L. Н. Oscillations of a neutrally buoyant sphere in a stratified fluid. // Deep Sea Recearch. 1969. V. 16. № 6. P. 587 603.
- Lai R.Y.S., Lee C.-M. Added mass of a spheroid oscillating in a linearly stratified fluid. //Int. J. Engng. Sci. 1981. V. 19. № 11. P. 1411 1420.
- Summerhayes C.P., Thorpe S.A., Oceanography. An Illustrated Guide. Southhampton: Manson Publ. 1996. 352 p
- Project «Argo ''lutp://www.argo.ucsd.edu/.
- Чашечкин Ю.Д., Левицкий B.B. Гидродинамика свободных колебаний сферы на горизонте нейтральной плавучести в непрерывно стратифицированной жидкости // Доклады АН. 1999. Т. 364. № 1. С. 52 -56.
- В.В. Левицкий, Ю. Д. Чашечкин. Свободные колебания тела нейтральной плавучести в непрерывно стратифицированной жидкости. // Механика жидкости и газа. 1999. № 5. С. 39−52.
- Chashechkin Yu.D., Levitskiy V.V. Pattern of Flow around a Sphere Oscillating on Neutrally Buoyancy Horizon in a Continuously Stratified Fluid //Journal of Visualization. 2003. V. 6. No. 1. P. 59−65.
- Holm D.D., Kimura Y. Zero-helicity Lagrangian kinematics of three-dimensional advection // Phys. Fluids. 1991. V. A3. № 5. P. 10 331 038.
- Nayfeh A. H. Introduction to Perturbation Techniques. N. Y., etc.: Wiley, 1981.
- McEwan A.D., Interaction between internal gravity waves and their traumatic effect on continuous stratification // Boundary Layer Meteorology. 1973. № 5. P. 159−175
- Чашечкин Ю.Д., Васильев А. Ю., Ильиных Ю. С. Структура периодических движений в непрерывно стратифицированной жидкости // Препринт № 712. ИПМ РАН. 2002. 50 с.
- Oster G. Density gradients // Sci. American. 1965. V. 217. P. 70 -81.
- Смирнов С.А., Чашечкин Ю. Д., Ильиных Ю. С. Высокоточный метод измерения профиля периода плавучести // Измерительная техника. 1998. № 6. С. 15−18.
- Кистович А.В., Чашечкин Ю. Д. Диссипативно-гравитационные волны в докритических режимах многокомпонентной конвекции //Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 4. С. 513−519.
- Давыдова М.А., Чашечкин Ю. Д. Структура трехмерных периодических пограничных слоев в непрерывно стратифицированной жидкости // Прикладная математика и механика. 2004. Т. 68. Вып. 3. С. 437−444
- Абрамович М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука. 1979. 832 с.
- Бородай И.К. и др. (5 авторов) Прикладные задачи динамики судов на волнении. 1989. J1. Судостроение. 262 с.
- Чашечкин Ю.Д., Кистович А. В. Расчет структуры периодических течений в непрерывно стратифицированной жидкости с учетом эффектов диффузии // Доклады АН. 2003. Т. 393. № 6. С. 776−780.
- Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики Т. I. II.
- Чашечкин Ю. Д.,. Васильев А. Ю, Бардаков Р. Н. Тонкая структура пучков трехмерных периодических внутренних волн // Доклады АН. 2004. Т. 3. № 397. С. 403 407
- Чашечкин Ю.Д., Васильев А. Ю. Генерация трехмерных периодических внутренних волн компактными источниками // Доклады АН. 2004. Том 394. № 5. С. 1 5.
- Васильев А.Ю., Чашечкин Ю. Д. Генерация пучков трехмерных периодических внутренних волн в экспоненциально стратифицированной жидкости И Прикладная математика и механика Том 67. Вып. 3. 2003 С. 442−452.
- Kistovich Yu.V., Vasiliev A.Yu. Linear Generation Theory of 3D Periodic Internal Waves in a Viscous Stratified Fluid // International conference «Fluxes and Structures in Fluids» Selected papers. Moscow: IPM RAS, 2002. P. 113−118.
- Чашечкин Ю.Д., Васильев А. Ю., Ильиных Ю. С. Структура периодических движений в непрерывно стратифицированной жидкости // Препринт № 712. ИПМ РАН. 2002. 50 с