В работе обсуждаются проблемы, возникающие в гидродинамике при использовании моделей, основанных на традиционных представлениях механики сплошной среды, для описания неравновесных процессов. Предлагается новый подход на стыке смежных дисциплин, позволяющий разрешить эти проблемы с помощью включения в модель процесса эволюции структуры системы. Актуальность дальнейшей разработки таких подходов подтверждают результаты решения ряда задач и современные экспериментальные данные.

В статье представлен обзор результатов моделирования морских гидрологических условий в реальном масштабе времени в нашей стране. Это направление исследований является основной альтернативой использованию океанографических баз данных. В общем случае задача моделирования гидрофизических полей в реальном масштабе времени формулируется как обратная, т.е., в первую очередь находятся начальные и граничные условия. Иногда возможно непосредственно решать прямую краевую задачу, что, например, возможно для условий Белого моря. В статье представлены результаты разработки и тестирования элементов систем моделирования гидрологических условий в реальном масштабе времени для Белого и Баренцева морей.

По результатам численного моделирования анализируются особенности процессов трансформации взаимосвязанных полей солености и течений в области заприпайных полыней. Авторами используется трехмерная нестационарная гидростатическая модель. Начальное распределение солености принимается как двухслойное. Поток соли, обусловленный интенсивным ледообразованием в заприпайной полынье, задается с помощью граничных условий. Представлена структура взаимодействия полей солености и течений в процессе формирования.

Компьютерное моделирование является важным методом анализа качества управления и безопасности движения кораблей и подводных лодок. В последние годы численное моделирование является основой методологии, применяемой при проектировании подводных лодок, а также создании алгоритмов управления движением (режимы стабилизации, маневрирования). Вместе с тем, очевидно, что доказательство адекватности компьютерной модели может быть получено путем сопоставления результатов выполнения заданного в эксперименте маневра подводной лодки с результатами компьютерного моделирования того же маневра. Методология сопоставления результатов (идентификации математического описания характеристик корпуса и органов управления) и критерии адекватности являются предметом настоящей статьи. Применение метода демонстрируется на экспериментальных данных, полученных при вертикальных маневрах подводной лодки.

На основе метода крупных вихрей (LES) исследуется обтекание сферы и эллипсоида вращения потоками однородной и неоднородной по плотности жидкости при больших значениях чисел Рейнольдса и Фруда. Авторами было изучено влияние стратификации на структуру течения, форму турбулентного следа, динамику внутренних волн и интегральные характеристики тел; показано, что при обтекании сферы, расположенной в пикноклине, ширина турбулентного следа уменьшается и в зависимости от значений внутреннего числа Фруда формируется два вида волн. При обтекании эллипсоида, расположенного под пикноклином, продуцируются короткие нерегулярные волны, и происходит увеличение силы сопротивления.

Рассматривается задача эрозии грунта струей гребного винта судна. Численное моделирование вязкого течения осуществляется на основе решения уравнений Рейнольдса, замкнутых k – e моделью турбулентности. Влияние работы винта моделируется дополнительными источниковыми членами в уравнениях Рейнольдса. Зоны возможной эрозии определяются путем сравнения рассчитанных касательных напряжений на грунте с предельными касательными напряжениями, при которых начинается эрозия. Рассматривался ряд задач, возникающих при работе судов на мелководье. С использованием численного метода были определены размеры и конфигурация зон возможной эрозии грунта, а также условия (глубина, нагрузка гребного винта и т.п.), при которых отсутствует эрозия.

В статье содержится обзор основных задач и направлений оптики океана. Приводятся сведения об истории гидрооптики, о первичных гидрооптических характеристиках (ПГХ), методах их измерения и о физических и эмпирических моделях, позволяющих установить связь между различными ПГХ. Рассматриваются методы решения уравнения переноса излучения, дающие количественные сведения о световых полях естественного и искусственного, в том числе импульсного, излучения в море. Особое внимание уделяется дистанционным методам исследования океана, наиболее перспективным с точки зрения практического применения. Это – определение концентрации оптически активных веществ (фитопланктона, минеральной взвеси и растворенного органического вещества) при мультиспектральном зондировании океана; восстановление глубинных профилей ПГХ и обнаружение внутренних волн с помощью океанических лидаров; индикация нефтяных загрязнений поверхности моря; видение подводных объектов и морского дна с помощью систем наблюдения, расположенных на подводных, авиа и космических носителях. Приводится простая оптическая модель океанической атмосферы, необходимая для расчета видимости при авиа и спутниковом наблюдении. Рассматривается влияние взволнованной поверхности моря на видимость подводных объектов и методы устранения искажений изображения, вызванных поверхностным волнением.