Лабораторное исследование динамики двухслойной жидкости при ветровом нагоне в прямолинейном канале

С.Ф. Доценко1, Н.К. Шелковников2,✉

1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

✉ e-mail: shelkovnikov@phys.msu.ru

Аннотация

Представлены результаты лабораторных экспериментов в прямолинейном аэрогидроканале прямоугольного сечения, заполненном двухслойной (пресная – соленая) жидкостью. Генератор возмущений – воздушный поток, поступающий в область над каналом. Рассмотрена динамика двухслойной жидкости в канале с горизонтальным плоским дном без препятствий на дне и при наличии донного препятствия конечной ширины. Показано, что в прямолинейном канале при нагоне одним из возможных механизмов обмена на границе пресного и соленого слоев могут быть выбросы соленой воды в пресноводный верхний слой, которые генерируются в результате неустойчивости Кельвина – Гельмгольца. При последующем сгоне возможно появление волнообразных движений на границе раздела. Кроме этого, при сгонах может образовываться колеблющийся слой – слой максимального градиента плотности, колебания которого распространяются в вышележащие слои.

Наличие донного препятствия усложняет структуру движений двухслойной жидкости и, в частности, приводит к возникновению слоев смешения и турбулизации потока за препятствием, образованию над ним волнообразных возмущений, резкому изменению положения границы раздела, возникновению крупных вихрей с горизонтальной осью. Обнаружено, что горизонтальная составляющая скорости течения имеет максимум, вершина которого сдвинута вверх по течению от препятствия.

Ключевые слова

волны в жидкости, сгонно-нагонные процессы, двухслойная жидкость, вертикальный обмен, обтекание неровностей дна, лабораторное моделирование

Для цитирования

Доценко С.Ф., Шелковников Н.К. Лабораторное исследование динамики двухслойной жидкости при ветровом нагоне в прямолинейном канале // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 3. С. 5-21. EDN XTCYLJ. doi:10.22449/0233-7584-2017-3-5-21

Dotsenko, S.F. and Shelkovnikov, N.K., 2017. Laboratory Research of the Two-Layer Liquid Dynamics at the Wind Surge in a Strait Canal. Physical Oceanography, (3), pp. 3-18. doi:10.22449/1573-160X-2017-3-3-18

DOI

10.22449/0233-7584-2017-3-5-21

Список литературы

  1. Добрецов В.Б. Освоение минеральных ресурсов шельфа. – Л.: Недра, 1980. – 272 с.
  2. Безруков Ю.Ф. Колебания уровня и волны в Мировом океане. – Учебное пособие. – Симферополь: ТНУ им. В.И. Вернадского, 2001. – 50 с.
  3. Краусс В. Внутренние волны. – Л.: Гидрометеоиздат, 1968. – 272 с.
  4. Helfrich K.R., Melville W.K. Long nonlinear internal waves // Annu. Rev. Fluid Mech. – 2006. – 38. – P. 395 – 425. – doi:10.1146/annurev.fluid.38.050304.092129
  5. Шелковников Н.К., Алявдин Г.И. Экспериментальное исследование процесса вовлечения в двухслойной жидкости // Океанология. – 1982. – 22, вып. 2. – С. 196 – 203.
  6. Доценко С.Ф., Шелковников Н.К. Лабораторное моделирование распространения периодических внутренних волн над донными откосами // Морской гидрофизический журнал. – 2009. – № 5. – С. 37 – 46.
  7. Скорер Р. Аэрогидродинамика окружающей среды. – М.: Мир, 1980. – С. 250 – 269.
  8. Liapidevskii V.Yu. Mixing layer on the lee side of an obstacle // J. Appl. Mech. Tech. Phys. – 2004. – 45, Issue 2. – P. 199 – 203. – doi:10.1023/B:JAMT.0000017582.70655.d9
  9. Long R.R. Some aspects of the flow of stratified fluids. 1. A theoretical investigation // Tellus. – 1953. – 5, Issue 1. – P. 42 – 58. – doi:http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v5i1.8563

Скачать статью в PDF-формате