hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2024.17(4)-7hydrophysics-1384Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSТермостратифицированный бассейн Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН для моделирования гидрофизических процессовThermally stratified water tank of St. Petersburg Branch of Shirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences for modeling hydrophysical processeshttps://orcid.org/0000-0002-2377-5621РодионовА. А.RodionovА. А.

Родионов Анатолий Александрович, руководитель научного направления «Фундаментальная и прикладная гидрофизика», член-корреспондент РАН, профессор

Scopus AuthorID: 56223713100, WoS ResearcherID: AAT-6466-2021

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nakhimovsky pr., 36, Moscow

rodionov.aa@spb.ocean.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3891-3396ВанкевичР. Е.VankevichR. Ye.

Ванкевич Роман Евгеньевич, старший научный сотрудник, кандидат технических наук

Scopus AuthorID: 25642198100, WoS ResearcherID: M-3215-2013

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nakhimovsky pr., 36, Moscow

rvankevich@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-9064-1849ЛобановА. А.LobanovА. А.

Лобанов Андрей Александрович, директор, доктор технических наук

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nakhimovsky pr., 36, Moscow

lobanov.aa@spb.ocean.ruhttps://orcid.org/0009-0005-2313-2326ГлиткоО. В.GlitkoО. V.

Глитко Олег Викторович, научный сотрудник

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nakhimovsky pr., 36, Moscow

glitko_kisin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3638-3253ШпилевН. Н.ShpilevN. N.

Шпилев Николай Николаевич, научный сотрудник

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nakhimovsky pr., 36, Moscow

nn.shpilev@gmail.comИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology Russian Academy of SciencesRussian Federation2024110120251749099Copyright © Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Лобанов А.А., Глитко О.В., Шпилев Н.Н., 20252025Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Лобанов А.А., Глитко О.В., Шпилев Н.Н.Rodionov А.А., Vankevich R.Y., Lobanov А.А., Glitko О.V., Shpilev N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1384

Лабораторное моделирование гидрофизических процессов является одним из методов решения научных и практических задач исследования океана. В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук создан гидрофизический бассейн. Работы в бассейне сопровождаются цифровой копией, позволяющей оптимизировать программы и методики экспериментов. Конструкция бассейна и технологические характеристики позволяют моделировать многослойную стратификацию. В статье содержится описание бассейна, включающее геометрические размеры (7 × 2 × 2,2 м — длина, ширина, глубина), аппаратурный измерительный комплекс, метрологическое обеспечение, технологию создания температурной стратификации. Приведены типовые профили 2-х и 3-слойной стратификации. На основе теории подобия оценены допустимые масштабы воспроизводимых натурных гидрофизических процессов. Показано, что созданный гидрофизический бассейн занимает промежуточное место между лотками с солевой стратификацией и большим термостратифицированным бассейном Института прикладной физики РАН. При этом в совокупности с цифровой моделью бассейна появляется возможность воспроизводить гидрологические условия, охватывающие основные типы стратификации озер, морей и океанов, при оптимизации временных и функциональных параметров проведения экспериментов.

Laboratory modeling of hydrophysical processes is one of the methods for solving scientific and practical ocean research tasks. A hydrophysical water tank has been created at the St. Petersburg Branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences. The work in the tank is supported by a digital model that optimizes experimental programs and methodologies. The design and technological characteristics of the water tank allow for modeling multilayer stratification. This paper describes the tank, including its geometric dimensions (7 m × 2 m × 2.2 m — length, width, depth), instrumentation and measurement system, metrological support, and the technology for creating thermal stratification. Typical profiles of two- and three-layer stratification are provided. Based on similarity theory, the permissible scales for reproducing natural hydrophysical processes are evaluated. It is shown that the created hydrophysical water tank occupies an intermediate position between salt-stratified tanks and the large thermally stratified tank at the Institute of Applied Physics, RAS. Together with the tank’s digital model, it makes it possible to reproduce hydrological conditions covering the main types of stratification in lakes, seas, and oceans, while optimizing the temporal and functional parameters of the experiments. 

опытовый бассейнлабораторное моделированиегидрофизикатемпературная стратификацияизмерительный комплексexperimental tanklaboratory modelinghydrophysicstemperature stratificationmeasuring complexРабота выполнена в рамках темы государственного задания FMWE-2024-0029.The work was performed under the State assignment FMWE-2024-0029.ReferencesТлявлина Г.В. Лабораторные и натурные исследования в обеспечение развития нормативной базы и безопасности транспортных сооружений в условиях волнового воздействия // Транспортные сооружения. 2022. Т. 9, № 4. doi:10.15862/10SATS422Tlyavlina G.V. Laboratory and field studies to ensure the regulatory framework development and the transport facilities’ safety in the wave effect conditions. Russian Journal of Transport Engineering. 2022;9:4. doi:10.15862/10SATS422 (in Russian).Чашечкин Ю.Д. Лабораторное моделирование свободных стратифицированных течений // Приповерхностный слой океана. Физические процессы и дистанционное зондирование: Сборник научных трудов / Под ред. Е.Н. Пелиновского, В.И. Таланова. Н. Новгород: ИПФ РАН, 1999. Том 2. 220 с. (с. 225–444).Chashechkin Yu.D. Laboratory modeling of free stratified currents. Pripoverkhnostnyy Sloy Okeana. Fizicheskiye Protsessy i Distantsionnoye Zondirovaniye: Sbornik nauchnykh trudov / Ed. Ye.N. Pelinovsky, V.I. Talanov. N. Novgorod: IPF RAN; 1999. Vol. 2. 220 p. (p. 225–444) (in Russian).Арройо М.П., Хинш К.Д. Последние разработки PIV в области 3D-измерений. Springer, 2008. С. 127–154.Arroyo M.P., Hinsch, K.D. Recent Developments of PIV towards 3D Measurements. Particle Image Velocimetry. Topics in Applied Physics. Berlin, Heidelberg: Springer; 2007. Vol. 112. doi:10.1007/978-3-540-73528-1_7Либерзон А., Гурка Р., Хецрони Г. XPIV–Многоплоскостная стереоскопическая велосиметрия изображений частиц // Experiments in Fluids. 2004. Vol. 36. P. 355–362. doi:10.1007/s00348-003-0731-9Liberzon A., Gurka R., Hetsroni G. XPIV–Multi-plane stereoscopic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 2004:36:355–362. doi:10.1007/s00348-003-0731-9Schooley A.H., Stewart R.W. Experiments with selfpropelled body submerged in a fluid with a vertical density gradient // Journal of Fluid Mechanics. 1963. Vol. 15, Iss. 1. P. 83–96. doi:10.1017/S0022112063000070Schooley A.H., Stewart R.W. Experiments with selfpropelled body submerged in a fluid with a vertical density gradient. Journal of Fluid Mechanics. 1963;15(1):83–96. doi:10.1017/S0022112063000070Barr D.I.H., Hassan A.M.M. Densimetric exchange flow in rectangular channels — II. — Some observations of the structure of lock exchange flow Courants de densité en Canal Rectangulaire // La Houille Blanche. 1963. Vol. 49(7). P. 757–766. doi:10.1051/lhb/1963053Barr D.I.N., Hassan A.M.M. Densimetric exchange flow in rectangular channels. La Hoille Blanche. 1963;49(7):757–766. doi:10.1051/lhb/1963053Maxworthy T. On the formation of nonlinear internal waves from the gravitational collapse of mixed regions in two and three dimensions // Journal of Fluid Mechanics. 1980. Vol. 96. P. 47–64. doi:10.1017/S0022112080002017Maxworthy T. On the formation of nonlinear internal waves from the gravitational collapse of mixed regions in two and three dimentions. Journal of Fluid Mechanics. 1980;96:47. doi:10.1017/S0022112080002017Stockhausen P.J., Clark C.B. et al. Three-dimentional wakes in density-stratified liquids. MIT, USA, Hydrodynamic Lab. Rept. 1966, T66–6. N 93. 105 p.Stockhausen P.J., Clark C.B. et al. Three-dimentional wakes in density-stratified liquids. MIT, USA, Hydrodynamic Lab. Rept. 1966, T66–6. N 93. 105 p.Арабаджи В.В., Богатырев С.Д., Баханов В.В., Казаков В.И., Коротков Д.П., Серин Б.В., Таланов В.И., Шишкина О.Д. Установка для моделирования гидрофизических процессов в верхнем слое океана (большой термостратифицированный бассейн ИПФ РАН) // Приповерхностный слой океана: физические процессы и дистанционное зондирование. ИПФ РАН: Н. Новгород, 1999. Т. 2. C. 231–251.Arabadzhi V.V., Bogatyrev S.D., Bakhanov V.V., Kazakov V.I., Korotkov D.P., Serin B.V., Talanov V.I., Shishkina O.D. Installation for modeling hydrophysical processes in the upper layer of the ocean (large thermostratified water tank of the Institute of Applied Physics RAS). Pripoverkhnostnyy Sloy Okeana: Fizicheskiye Protsessy i Distantsionnoye Zondirovaniye. N. Novgorod: IPF RAN; 1999. Vol. 2. P. 231–251. (in Russian)Шишкина О.Д. Экспериментальное исследование генерации внутренних волн вертикальным цилиндром в приповерхностном пикноклине // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2002. N6. C. 94–99.Shishkina O.D. Experimental investigation of the generation of internal waves by a vertical cylinder in a near-surface pycnocline. Fluid Dynamics. 2002;37(6):931–938. doi:10.1023/a:1022356531179Баханов В.В., Власов С.Н., Казаков В.И., Кемарская О.Н., Копосова Е.В., Шишкина О.Д. Моделирование внутренних и поверхностных волн реального океана в Большом термостратифицированном опытовом бассейне ИПФ РАН // Известия ВУЗОВ. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 7. C. 537–554.Bakhanov V.V., Vlasov S.N., Kazakov V.I. et al. Modelling of Internal and Surface Waves of the Real Ocean in the Large Thermostratified Experimental Tank at the Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences. Radiophysics and Quantum Electronics. 2003;46:486–501. doi:10.1023/B: RAQE.0000019865.97760.2cЧашечкин Ю.Д. Дифференциальная механика жидкостей: согласованные аналитические, численные и лабораторные модели стратифицированных течений // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: естественные науки. 2014. № 6(57). С. 67–95.Chashechkin Yu.D. Fluid mechanics: consistent analytical, numerical and laboratory models of stratified flows. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2014;6:67–95 (in Russian).Ванкевич Р.Е., Родионов А.А., Лобанов А.А., Филин К.Б., Шпилев Н.Н. Цифровая копия термостратифицированного бассейна Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024. Т. 17, № 4. С. 100–108. doi:10.59887/2073-6673.2024.17(4)-8.Vankevich R. Ye., Rodionov A.A., Lobanov А.А., Filin K.B., Shpilev N.N. Digital copy of the thermally stratified water tank of St. Petersburg Branch of Shirshov Institute of Оceanology of Russian Academy of Sciences. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2024;17(4):100–108. doi:10.59887/2073-6673.2024.17(4)-8Kulkarni A., Patrascu M., van de Vijver Y. et al, Investigation of Long-Term Drift of NTC Temperature Sensors with less than 1 mK Uncertainty // IEEE24th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Buzios, Brazil, 2015. P. 150–155. doi:10.1109/ISIE.2015.7281460Kulkarni A., Patrascu M., van de Vijver Y. et al. Investigation of Long-Term Drift of NTC Temperature Sensors with less than 1 mK Uncertainty. IEEE24th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Buzios, Brazil;2015. P. 150–155. doi:10.1109/ISIE.2015.7281460Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. 10-е изд., доп. Москва: Наука, 1987. 430 с.Sedov L.I. Methods of similarity and dimension in mechanics. 10th ed., add. Moskva: Nauka; 1987. 430 p. (in Russian).Терлецкая Е.В., Мадерич В.С., Бровченко И.A., Талипова Т.Г. Неполная автомодельность внутренних волн второй моды в слое раздела // Прикладна гiдромеханiка. 2013. Т. 9 (82), № 3. С. 1–11.Terletskaya E.V., Maderich V.S., Brovchenko I.A., Talipova T.G. Incomplete self-similarity of internal waves of the second mode in the interface layer. Applied Hydromechanics. 2013;9(82)3:1–11 (In Russian).Spedding G. Wake Signature Detection // Annual Review of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 46. P. 273–302. doi:10.1146/annurev-fluid-011212-140747Spedding G. Wake Signature Detection. Annual Review of Fluid Mechanics. 2014;46:273–302. doi:10.1146/annurev-fluid-011212-140747Brown S.N. Slow viscous flow of a stratified fluid past a finite flat plate // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1968. Vol. 306, Iss. 1485. P. 239–256. doi:10.1098/rspa.1968.0148Brown S.N. Slow viscous flow of a stratified fluid past a finite flat plate. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1968;306(1485):239–256. doi:10.1098/rspa.1968.0148Sutherland B.R., Linden P.F. Internal wave excitation from stratified flow over a thin barrier // Journal of FluidMechanics. 1998. Vol. 377. P. 223–252. doi:10.1017/S0022112098003048Sutherland B.R, Linden P.F. Internal wave excitation from stratified flow over a thin barrier. Journal of FluidMechanics. 1998;377:223–252. doi:10.1017/S0022112098003048Chashechkin Y.D., Mitkin V.V. Experimental study of a fine structure of 2D wakes and mixing past an obstaclein a continuously stratified fluid // Dynamics of Atmosphere and Oceans 2001. Vol. 34. P. 165–187. doi:10.1016/S0377-0265(01)00066-5Chashechkin Y.D., Mitkin V.V. Experimental study of a fine structure of 2D wakes and mixing past an obstaclein a continuously stratified fluid. Dynamics of Atmosphere and Oceans. 2001;34:165–187. doi:10.1016/S0377-0265(01)00066-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.