hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-771Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREДинамика локальных областей турбулизованной жидкости в условиях фоновых возмущений гидрофизических полейThe Dynamics of Local Zones of Turbulized Fluid under the Background Disturbances of Hydrophysical FieldsВоропаеваО. Ф.VoropaevaO. F.

Новосибирск

Novosibirsk

vorop@ict.nsc.ruЧерныхГ. Г.ChernykhG. G.

Новосибирск

Novosibirsk

chernykh@ict.nsc.ruИнститут вычислительных технологий СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияInstitute of Computational Technologies, Siberian Branch of RAS; Novosibirsk State UniversityRussian Federation201516112022841115Copyright © Воропаева О.Ф., Черных Г.Г., 20222022Воропаева О.Ф., Черных Г.Г.Voropaeva O.F., Chernykh G.G.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/771

Построены численные модели и выполнено исследование динамики плоской локализованной зоны турбулентного смешения и генерируемых ею внутренних волн в устойчиво стратифицированной среде. Модели основаны на двумерной системе осредненных уравнений гидродинамики в приближении Обербека—Буссинеска, замкнутой как с использованием дифференциальных уравнений переноса рейнольдсовых напряжений, так и алгебраических аппроксимаций этих величин. Построена численная модель взаимодействия зоны турбулентного смешения и локального возмущения поля плотности в пикноклине. Численное моделирование течения осуществлено в широком диапазоне параметров локального возмущения поля плотности. Обнаружено, что генерируемое локальным возмущением поля плотности течение может приводить к существенному порождению энергии турбулентности в зоне турбулентного смешения и увеличению времени ее «жизни». Выполнено численное моделирование эволюции зоны турбулентного смешения в горизонтально однородном сдвиговом потоке линейно стратифицированной среды. Полученные данные демонстрируют трансформацию области турбулентных возмущений и генерируемых ею внутренних волн под воздействием сдвигового потока, а также существенное порождение энергии турбулентности осредненным движением, приводящее к замедлению вырождения турбулентности при больших значениях времени вырождения.

The mathematical models of flat local area of turbulized fluid dynamics in stable stratified medium are constructed. The models are based on a two-dimensional system of averaged equations of hydrodynamics in Oberbeck—Boussinesq approximation, closed with using both differential equations of Reynolds stresses transfer and an algebraic approximations of these quantities. Based on these models the numerical investigation of evolution of flat localized turbulent mixing zone and internal waves generated by it in pycnocline is performed. The numerical model of the interaction of turbulent mixing zone and the local density perturbation in pycnocline is constructed. Numerical simulation of flow is performed in a wide range of parameters of a local density perturbation. It is found that generated by a local density perturbation flow can lead to a significant generation of turbulence energy in turbulent mixing zone and increase the time of its «life». Numerical simulation of the evolution of turbulent mixing zone in a horizontally homogeneous shear flow of linearly stratified fluid was carried out. The data obtained demonstrate the transformation of zone of turbulent perturbations and internal waves generated by it under the influence of shear flow, as well as causing substantial turbulence energy production by the mean flow, which leads to slower decay of turbulence for large time of degeneration.

область турбулентного смешенияустойчивая стратификацияфоновые возмущения гидрофизических полейматематическое моделированиеturbulent mixing zonestable stratificationthe background disturbances of hydrophysical fieldsmathematical modelingИсследование выполнено при частичной поддержке РФФИ (13-01-00246)ReferencesМонин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Т. 1. Теория турбулентности. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 696 с.Monin A. S., Yaglom A. M. Statistical Hydromechanics. V. 1. The theory of turbulence. St.-Petersburg, Gidrometeoizdat, 1992. 696 p. (in Russian).Chashechkin Yu. D., Chernykh G. G., Voropayeva O. F. The propagation of a passive admixture from a local instantaneous source in a turbulent mixing zone // Int. J. Comp. Fluid Dynamics. 2005. V. 19, N 7. P. 517—529.Chashechkin Yu. D., Chernykh G. G., Voropayeva O. F. The propagation of a passive admixture from a local instantaneous source in a turbulent mixing zone. Int. J. Comp. Fluid Dynamics. 2005, 19, 7, 517—529.Rodi W. Examples of calculation methods for flow and mixing in stratified fluids // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 5305— 5328.Rodi W. Examples of calculation methods for flow and mixing in stratified fluids. J. Geophys. Res. 1987, 92, 5305—5328.Chernykh G. G., Voropayeva O. F. Numerical modeling of momentumless turbulent wake dynamics in a linearly stratified medium // Computers and Fluids. 1999. V. 28, N 3. P. 281—306.Chernykh G. G., Voropayeva O. F. Numerical modeling of momentumless turbulent wake dynamics in a linearly stratified medium. Computers and Fluids. 1999, 28, 3, 281—306.Benjamin T. B. Internal waves of permanent form in fluids of great depth // J. Fluid Mech. 1967. V. 29, N 3. P. 559—592.Benjamin T. B. Internal waves of permanent form in fluids of great depth. J. Fluid Mech. 1967, 29, 3, 559—592.Воропаева О. Ф., Черных Г. Г. Численное моделирование взаимодействия зоны турбулентного смешения и локального возмущения поля плотности в пикноклине // ПМТФ. 2010. Т. 51, № 2. С. 49—60.Voropayeva O. F., Chernykh G. G. Numerical modeling of interaction between a turbulent mixing zone and a local perturbation of the density field in a pycnocline. J. Applied Mech. and Tech. Physics. 2010, 51, 2, 182—192.Воропаева О. Ф., Черных Г. Г. Численные модели динамики зоны турбулентного смешения в пикноклине // Математическое моделирование. 2010. Т. 22, № 5. С. 69—87.Voropayeva O. F., Chernykh G. G. Numerical Models of the Turbulent Mixing Zone Dynamics in Picnocline. Mat. Model. 2010, 22, 5, 69—87 (in Russian).Chernykh G. G., Voropayeva O. F. Dynamics of a momentumless turbulent wake in a shear flow // J. Eng. Thermophysics. 2015. V. 24, N 1. P. 12—21.Chernykh G. G., Voropayeva O. F. Dynamics of a momentumless turbulent wake in a shear flow. J. Eng. Thermophysics. 2015, 24, 1, 12—21.

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