hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667318040019hydrophysics-805Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREЭффекты нестационарности обтекания равномерно движущегося погруженного телаEffects of non-stationarity of the flow around uniformly moving submerged bodyТкаченкоИ. В.TkachenkoI. V.

Moscow

РодионовА. А.RodionovA. A.

Moscow

СафрайА. С.SafrayA. S.

Moscow

ГордееваС. М.GordeevaS. M.

Moscow

Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наукРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian Federation20181711202211438Copyright © Ткаченко И.В., Родионов А.А., Сафрай А.С., Гордеева С.М., 20222022Ткаченко И.В., Родионов А.А., Сафрай А.С., Гордеева С.М.Tkachenko I.V., Rodionov A.A., Safray A.S., Gordeeva S.M.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/805

В статье приводятся оценки характеристик нестационарности поля обтекания эллипсоида вращения, полученные в результате численных экспериментов с трёхмерной негидростатической моделью «вода–воздух». Исследовалась эволюция структуры внутренних волновых возмущений (в поле температуры), распространяющихся от эллипсоида вращения с удлинением 1:6, обтекаемого потоком стратифицированной среды с постоянной скоростью. Выявлена значительная нестационарность поля обтекания. При обтекании образуются волновые возмущения сложной структуры, исследования которой проводились с использованием вейвлет-анализа временных рядов в точках в окрестности эллипсоида и построения интегральных вейвлет-спектров для температуры воды поперёк и вдоль области. В первом случае на основании сопоставления вейвлет-спектров в каждый выбранный момент времени и интегрального за весь период продемонстрирована значительная изменчивость спектральных характеристик поля температуры воды во времени. Во временной эволюции пространственных интегральных вейвлет-спектров для температуры воды поперек и вдоль области отчётливо прослеживается чередование групп волновых возмущений с потоками энергии от малых (вихревых) масштабов к большим, и наоборот. В отдельные периоды наблюдается полное разрушение пространственно-временной картины возмущений. Групповая структура и ее динамика проявляются более отчетливо в поперечной плоскости над эллипсоидом.

The paper presents estimates of the characteristics of non-stationarity of the field of flow around an ellipsoid of rotation, obtained as a result of numerical experiments with a three-dimensional non-hydrostatic model of the system “water – air”. The evolution of the structure of internal wave disturbances (in the temperature field), propagating from the ellipsoid of rotation with an elongation of 1:6, streamlined by a stream of a stratified medium with a constant velocity, was studied. Significant non-stationarity of the flow field has been identified. When flow around, wave disturbances of a complex structure are formed, the studies of which were carried out using wavelet analysis of time series at points in the vicinity of the ellipsoid and constructing integral wavelet spectra for water temperature across and along the region. In the first case, based on the comparison of the wavelet spectrum at each chosen time and integral over the entire period, a significant variability of the spectral characteristics of the water temperature field in time was demonstrated. Considering the temporal evolution of spatial integral wavelet spectra for water temperature across and along the region, the alternation of groups of wave disturbances with energy flows from small (vortex) scales to large and vice versa is clearly seen. In some periods, there is a complete destruction of the space-time pattern of perturbations. The group structure and its dynamics appear more clearly in the transverse plane above the ellipsoid.

волнымоделированиеобтеканиенестационарностьwavesmodelingflownon-stationarityАвторы благодарны В.А. Горчакову за предоставление материалов для рис. 1. Исследование выполнено в рамках государственного задания по теме № 0149-2019-0015.ReferencesПрандтль Л., Титьенс О. Гидро- и аэромеханика. Т. 1. М.-Л.: ГТ-ТИ, 1933. 224 с.; Т. 2. ОНТИ НКТП СССР, 1935. 313 с.Прандтль Л., Титьенс О. Гидро- и аэромеханика. Т. 1. М.-Л.: ГТ-ТИ, 1933. 224 с.; Т. 2. ОНТИ НКТП СССР, 1935. 313 с.Michell J. N. The wave resistance of a ship // Philosophical Magazine. Ser. 5, 45, 106—123.Michell J. N. The wave resistance of a ship // Philosophical Magazine. Ser. 5, 45, 106—123.Войткунский Я. И. Справочник по теории корабля в 3-х томах. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. Л.: Судостроение, 1985.Войткунский Я. И. Справочник по теории корабля в 3-х томах. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. Л.: Судостроение, 1985.Дегтярев Г. М., Носов В. Н., Шпаков П. Д. Масштабная инвариантность процессов самоорганизации и саморегуляции в природе и обществе. СПб.: Астерион, 2012. 186 с.Дегтярев Г. М., Носов В. Н., Шпаков П. Д. Масштабная инвариантность процессов самоорганизации и саморегуляции в природе и обществе. СПб.: Астерион, 2012. 186 с.Готман А. Ш. Вихревая составляющая сопротивления воды движению судна и их взамиодействие // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 2. C. 116—122. Новосибирская государственная академия водного транспорта.Готман А. Ш. Вихревая составляющая сопротивления воды движению судна и их взамиодействие // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 2. C. 116—122. Новосибирская государственная академия водного транспорта.Ткаченко И. В., Гурьев Ю. В. Моделирование обтекания тел вращения потоком стратифицированной жидкости на основе метода крупных вихрей (LES). Сборник научных трудов Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2008. № 1. C.80—87.Ткаченко И. В., Гурьев Ю. В. Моделирование обтекания тел вращения потоком стратифицированной жидкости на основе метода крупных вихрей (LES). Сборник научных трудов Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2008. № 1. C.80—87.Сафрай А. С., Ткаченко И. В. Численное моделирование гравитационных течений жидкости в наклонном канале // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2009. № 1. С. 21—30.Сафрай А. С., Ткаченко И. В. Численное моделирование гравитационных течений жидкости в наклонном канале // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2009. № 1. С. 21—30.Сафрай А. С., Ткаченко И. В. Трехмерная негидростатическая модель вода-воздух. Численный эксперимент // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6. № 1.Сафрай А. С., Ткаченко И. В. Трехмерная негидростатическая модель вода-воздух. Численный эксперимент // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6. № 1.Сафрай А. С., Ткаченко И. В., Гордеева С. М. Об эволюции одиночной внутренней волны в канале. Численные эксперименты // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 1.Сафрай А. С., Ткаченко И. В., Гордеева С. М. Об эволюции одиночной внутренней волны в канале. Численные эксперименты // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9. № 1.Torrence C., Compo G. P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1998, 79, 61—78 (дата обращения: 20.11.2018).Torrence C., Compo G. P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1998, 79, 61—78 (дата обращения: 20.11.2018).

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