Структура волнового придонного пограничного слоя над ровным и неровным дном

В.М. Кушнир

Морской гидрофизический институт НАН Украины, Украина

Аннотация

Сопоставление шести известных моделей волнового придонного пограничного слоя (ВППС) показало их идентичность для ровного дна и значительное различие для других условий. Оценки толщины ВППС и коэффициента вертикальной диффузии импульса выполнены на основе соотношений k—ε-теории. Обоснованность этих оценок проверена путем сопоставления измеренных и вычисленных величин скорости трения. Это сопоставление показало достаточно хорошее совпадение, которое характеризуется коэффициентом корреляции, равным 0,851.

Для цитирования

Кушнир В.М. Структура волнового придонного пограничного слоя над ровным и неровным дном // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 6. С. 54–67. EDN YVLMJV.

Kushnir, V.M., 2005. Structure of the Wave Bottom Boundary Layer over Smooth and Rough Bottoms. Physical Oceanography, 15(6), pp. 370–382. https://doi.org/10.1007/s11110-006-0010-4

Список литературы

  1. Grant W.D., Madsen O.S. Combined wave and current interaction with a rough bottom // J. Geophys. Res. — 1979. — 84, № C4. — P. 1797–1808.
  2. Набатов В.Н., Озмидов Р.В. Исследования турбулентных пограничных слоев в океане // Океанология. — 1987. — 27, № 1. — С. 5–11.
  3. Andreopoulos J., Agui J. Wall vorticity flux dynamics in a two-dimensional turbulent boundary layer // J. Fluid Mech. — 1996. — 309. — P. 45–84.
  4. _Batchelor G.K. _An Introduction to Fluid Dynamics // Cambridge Univ. Press. — 1967. — 615 p.
  5. Phillips O.M. The scattering of gravity waves by turbulence // J. Fluid Mech. — 1959. — 5. — P. 177–192.
  6. Miles J.W. Surface-wave damping in closed basins // Proc. Roy. Soc. — 1967. — A 297. — P. 459–475.
  7. Flack K.A. Near-wall structure of three-dimensional turbulent boundary layers // Exp. Fluids. — 1997. — 23, № 4. — P. 335–340.
  8. Lee-Sing-Kwan; Cheung-Kwok-Fai. Laminar and turbulent bottom boundary layer induced by nonlinear water waves // J. Hydraul. Eng. — 1999. — 125, № 6. — P. 631–645.
  9. Hsu T-W, Lin H-Y. Application of a k-ε model to instantaneous sediment concentration and turbulent boundary layers of wave-induced shelf flow // Flow Modeling and Turbulent Measurements VII. — Tainan, Taiwan. October 5–8, 1998. — P. 27–37.
  10. Chowdhury S.A.; Sato M., Ueno A. Numerical model of the turbulent wave boundary layer induced by finite amplitude water waves // Appl Ocean Res. — 1997. — 19, № 3–4. — P. 201–209.
  11. Петчев В. Определение коэффициентов турбулентной диффузии в волновом потоке // Труды Болгарского института океанологии. — 1998. — 2. — С. 12–19.
  12. Hsu T-W; Lin H-Y. A simple eddy viscosity model of rough turbulent wave boundary layer // China Ocean Eng. — 1996. — 10, № 3. — P. 281–294.
  13. Дворянинов Г.С. Эффекты волн в пограничных слоях атмосферы и океана. — Киев: Наук. думка, 1982. — 176 с.
  14. Brevik I. Oscillatory rough turbulent boundary layers // J. Water. Part Coast. Ocean Dyn., Am. Soc. Civ. Eng. — 1981. — 107. — P. 175–188.
  15. Sleath J.F.A. Turbulent oscillatory flow over rough beds // J. Fluid Mech. — 1987. — 182. — P. 369–409.
  16. Sleath J.F.A. Seabed boundary layers // The Sea. Ocean Eng. Sci. / Ed. B. Le Méhauté. New York: J. Wiley. — 1990. — P. 693–728.
  17. Lonquet-Higgins M.S. Mass transport in water waves // Philos. Trans. Roy. Soc. — 1953. — A 245. — P. 535–581.
  18. Collins J.I. Inception of turbulence at the bed under periodic gravity waves // J. Geophys. Res. — 1963. — 68, № 21. — P. 6007–6014.
  19. Stuart J.T. Double boundary layer in oscillatory viscous flow // J. Fluid Mech. — 1966. — 24. — P. 673–689.
  20. Grang Yi.W. On high-frequency oscillatory viscous flows // Ibid. — 1968. — 32. — P. 55–68.
  21. Davis R.E. On the turbulent flow over a wave boundary // Ibid. — 1970. — 42. — P. 721–731.
  22. Stewart R.W. Laboratory studies of the velocity field over deep-water waves // Ibid. — 1970. — 42. — P. 733–754.
  23. Kushnir V.M. Turbulent diffusion in the near-bottom boundary layer of the Black Sea shelf zone // J. Mar. Syst. — 1999. — 21. — P. 243–253.
  24. Xu Z., Bowen A.J. Wave-and wind-driven flow in water of finite depth // J. Phys. Oceanogr. — 1994. — 24. — P. 1850–1866.
  25. Gimenez Curto L.A., Lera M.A.C. Oscillating turbulent flow over very rough surfaces // J. Geophys. Res. — 1996. — 101, № C9. — P. 20745–20758.
  26. Craig P.D. Velocity profiles and surface roughness under breaking waves // Ibid. — № C1. — P. 1265–1277.
  27. Faria A.F.; Thornton E.B.; Stanton T.P. et al. Vertical profiles of longshore currents and related bed shear stress and bottom roughness // Ibid. — 1998. — 103, № C2. — P. 3217–3232.
  28. Cheng R.T., Ling C.H., Garnet J.W., Wang P.E. Estimates of bottom roughness length and bottom shear in South San-Francisco Bay, California // Ibid. — 1999. — 104, № C4. — P. 7715–7728.
  29. Fredsoe J., Andersen K.H., Sumer B.M. Wave plus current over a ripple-covered bed // Coast. Eng. — 1999. — 38, № 4. — P. 177–221.
  30. Marin F. Velocity and turbulence distributions in combined wave-current flows over a rippled bed // J. Hydraul. Res. — 1999. — 37, № 4. — P. 501–518.
  31. Mathisen P., Madsen O.S. Waves and current over a fixed rippled bed. 1. Bottom roughness experienced by waves in the presence and absence of a current // J. Geophys. Res. — 1996. — 101, № C7. — P. 16533–16542.
  32. Mathisen P., Madsen O.S. Bottom and apparent roughness experienced by currents in the presents a waves // Ibid. — P. 16543–16550.
  33. Mathisen P., Madsen O.S. Bottom and apparent roughness for spectral waves and currents // Ibid. — 1999. — 104, № C8. — P. 18447–18461.
  34. Rankin K.L., Hires R.I. Laboratory measurement of bottom shear stress on a movable bed // Ibid. — 2000. — 105, № C7. — P. 17011–17019.
  35. Trowbridge J.H., Agrawal Y.C. Glimpses of a wave boundary layer // Ibid. — 1995. — 100, № C10. — P. 20729–20743.
  36. Samad M.A., Tanaka H. Numerical experiment on broken wave bottom boundary layer // Flow Modeling and Turbulent Measurements VII — 1998. Tainan, Taiwan, October 5–8. — P. 39–46.
  37. Jensen B.L., Sumer B.M., Fredsve J. Turbulent oscillatory boundary layer at high Reynolds numbers // J. Fluid Mech. — 1989. — 206. — P. 265–297.
  38. Drake D.E., Cacchione D.A., Grant W.D. Shear-stress and bed roughness estimates for combined wave and current flows over a rippled bed // J. Geophys. Res. — 1992. — 97, № C2. — P. 2319–2326.
  39. Davies A.G., Villaret C. Eulerian drift induced by progressive waves above rippled and very rough beds // Ibid. — 1999. — 104, № C1. — P. 1465–1488.
  40. Barrantes A.I., Madsen O.S. Near-bottom and flow resistance for currents obliquely incident to two-dimensional roughness elements // Ibid. — 2000. — 105, № C11. — P. 26253–26264.
  41. Weber N. Bottom friction for wind sea and swell in extreme depth-limited situations // J. Phys. Oceanogr. — 1991. — 21. — P. 149–172.
  42. Tolman H.L. Wind waves and moveable-bed bottom friction // Ibid. — 1994. — 24. — P. 994–1009.
  43. Huang N.E. Mass transport induced by wave motion // J. Mar. Res. — 1970. — 28. — P. 35–50.
  44. Johns B. On the mass transport induced by oscillatory flow in a turbulent boundary layer // J. Fluid Mech. — 1970. — 43. — P. 177–185.
  45. Van Rajn L.C. Sediment transport. Part 1. Bedload transport // J. Hydraul. Eng. — 1984. — 110, № 10. — P. 1431–1456.
  46. Van Rajn L.C. Sediment transport. Part 3. Suspended load transport // Ibid. — № 1. — P. 1631–1641.
  47. Михинов А.Е. Баланс энергии возмущенного движения в русловых потоках // Метеорология и гидрология. — 1987. — № 9. — С. 86–95.
  48. Иванов В.А., Михинов А.Е. Прогноз динамики наносов в прибрежных зонах моря (практические рекомендации и примеры). — Севастополь, 1991. — 52 с. — (Препринт/НАН Украины. МГИ).
  49. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Наука, 1970. — 904 с.
  50. Bijker E.W. Longshore current computation // Proc. ASCE. Waterway, Harbors and Coastal Engineering Division. — 1971. — 54 p.
  51. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. — М.: Иностранная литература, 1949. — 520 с.
  52. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. — М.: Наука, 1969. — 742 с.
  53. Кудрявая К.И., Серяков Е.И., Скриптунова Л.И. Морские гидрометеорологические прогнозы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 310 с.
  54. Hagatun K., Eidsvik K.J. Oscillating turbulent boundary layer with suspended sediments // J. Geophys. Res. — 1986. — 91; C11. — P. 13045–13055.
  55. Hwang R.R., Sue Y.C. Numerical simulation on non-linear interaction of water waves with submerged obstacles // Proc. of the 7th Int. Sympos. of Flow Model. and Turbul. Measur. Taiwan. Oct. 5–8, 1998. — P. 545–554.
  56. Ochiai M., Endo S., Wada A. Flow characteristics near the submerged breakwater in the wave induced current // Ibid. — P. 529–536.

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.