Термостратифицированный бассейн Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН для моделирования гидрофизических процессов

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.

1. Тлявлина 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:10.15862/10SATS422

2. 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).

3. Арройо М.П., Хинш К.Д. Последние разработки PIV в области 3D-измерений. Springer, 2008. С. 127–154.

4. Либерзон А., Гурка Р., Хецрони Г. XPIV–Многоплоскостная стереоскопическая велосиметрия изображений частиц // Experiments in Fluids. 2004. Vol. 36. P. 355–362. doi:10.1007/s00348-003-0731-9

5. Schooley 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/S0022112063000070

6. Barr 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/1963053

7. Maxworthy 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/S0022112080002017

8. 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.

9. 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.

10. Шишкина О.Д. Экспериментальное исследование генерации внутренних волн вертикальным цилиндром в приповерхностном пикноклине // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2002. N6. C. 94–99.

11. Баханов 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.

12. Чашечкин 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.

13. 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.

14. Kulkarni 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.2015.7281460

15. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. 10-е изд., доп. Москва: Наука, 1987. 430 с.

16. 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.

17. Spedding G. Wake Signature Detection // Annual Review of Fluid Mechanics. 2014. Vol. 46. P. 273–302. doi:10.1146/annurev-fluid-011212-140747

18. Brown 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.1968.0148

19. Sutherland 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/S0022112098003048

20. Chashechkin 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)00066-5