Эффекты нестационарности обтекания равномерно движущегося погруженного тела

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.

1. Прандтль Л., Титьенс О. Гидро- и аэромеханика. Т. 1. М.-Л.: ГТ-ТИ, 1933. 224 с.; Т. 2. ОНТИ НКТП СССР, 1935. 313 с.

2. Michell J. N. The wave resistance of a ship // Philosophical Magazine. Ser. 5, 45, 106—123.

3. Войткунский Я. И. Справочник по теории корабля в 3-х томах. Т. 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. Л.: Судостроение, 1985.

4. Дегтярев Г. М., Носов В. Н., Шпаков П. Д. Масштабная инвариантность процессов самоорганизации и саморегуляции в природе и обществе. СПб.: Астерион, 2012. 186 с.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Сафрай А. С., Ткаченко И. В. Трехмерная негидростатическая модель вода-воздух. Численный эксперимент // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6. № 1.

9. 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.

10. Torrence C., Compo G. P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1998, 79, 61—78 (дата обращения: 20.11.2018).