Оценка параметров помехи придонного гидродинамического давления при умеренном волнении в прибрежной акватории

Данная работа направлена на создание математической модели для оперативной оценки параметров помехи придонного гидродинамического давления в прибрежной акватории в зависимости от характеристик умеренного поверхностного волнения. Получены соотношения для оценки спектров придонного гидродинамического давления, обусловленного турбулентностью, в зависимости от ее спектрального состава. Показано, что показатель степени спадания спектров давления близок к «−2» и при отсутствии значимого поверхностного волнения помеха давления соответствует турбулентности со скоростью диссипации ε ≈ 10-⁷–10-⁶ м²⁄с³. Для условий умеренного поверхностного волнения получены регрессионная зависимость уровня турбулентной помехи давления от величины и частоты максимума спектра поверхностного волнения, а также регрессионная зависимость уровня низкочастотной части спектра поверхностного волнения от величины максимума спектра поверхностного волнения. Величины уровней низкочастотной части спектра поверхностного волнения не противоречат модели ФирсоваРахманина. Предложена математическая модель спектра придонного гидродинамического давления в зависимости от параметров спектра поверхностного волнения и получены оценки коэффициентов модели. Модель учитывает составляющие помехи, создаваемые турбулентностью, низкочастотной областью спектра поверхностного волнения и частотной областью его максимума. Среднее отличие прогнозируемых и экспериментальных значений по всей выборке данных составило примерно 4 дБ. Выявление изменчивости коэффициентов модели в различных гидрофизических условиях требует проведения в дальнейшем систематических согласованных измерений поверхностного волнения и придонной помехи гидродинамического давления в акваториях, представляющих практический интерес.

1. Физика океана. В 2 т. Т. 1. Гидрофизика океана / Под ред. А. С. Монина. М.: Наука, 1978.

2. Tsugé S. The Kolmogorov Turbulence Theory in the Light of Six-Dimensional Navier-Stokes’ Equation // Philosophy of Flow / Ed. by Nakagawa T.R.M. V. 10, Supplement, Royal White Mountains Academia Press, 19, 2013.

3. Osonphasop C., Nakagawa T.R.M. Novel Power Law of Turbulent Spectrum // Open Journal of Fluid Dynamics. 2014. 4. P. 140—153.

4. Belyaev V. S., Lyubimzev M. M., Ozmidov R. V. The rate off dissipation of turbulent energy in the upper layer off the ocean // J. Phys. Oceanogr. 1975. № 7. P. 499—505.

5. Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. Ч. 2. М.: Наука, 1967. 720 с.

6. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1973.

7. Чухарев А. М., Ковалев Е. Н. Экспериментальная оценка скорости диссипации турбулентной энергии в слое волнового перемешивания // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Вып. 4. НАН Украины, МГИ, Севастополь, 2001. С. 53—58.

8. Морошкин К. В. О закономерностях изменения рассеивания (диссипации) энергии в стационарных ветровых течениях Балтийского моря // Тр. ИОАН. 1951. Т. 6. С. 49—58.

9. Проблемы исследования и математического моделирования ветрового волнения / Под ред. И. Н. Давидана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1995.

10. Екимов В. В. Вероятностные методы в строительной механике корабля. Л.: Судостроение, 1966. 328 с.

11. Глуховской Б. Х. Исследование морского ветрового волнения. Л.: Гидрометеоиздат, 1966.