Введение к работе
Актуальность работы
Исследование неустойчивссгей и генерации структур в турбулентных течениях жидкости представляет большой интерес как в разнообразных практических приложениях в природе и технике, так и с чисто теоретической точки зрения при исследовании взаимодействия осредненных и флуктуационных полей. Изучение эволюции среднего поля при взаимодействии с пульсациями имеет большое значение в широком круге задач и привлекает внимание большого количества исследователей. Особый интерес эта проблема представляет в гидродинамике, поскольку в реальных условиях практически все течения развивается на турбулентном фоне. При этом такое свойство турбулентности как спиральность, может качественно изменить процессы энергопереноса в турбулентных течениях. В ряде случаев спиральность приводит к обратному каскаду энергии и образовании структур на среднем масштабе.
Одной из основных в подобного рода задачах, является проблема построения замкнутых уравнений для осредненной составляющей турбулентного течения. В большом количестве работ на эту тему приводятся различные способы построения замкнутой теории, однако ряд вопросов остается открытым до сих пор.
большое внимание уделяется также изучение взаимодействия аихревых и потенциальных возмущений в турбулентных средах, в тастности, при исследовании рассеяния звуковых волн в гурбулентных течениях. Рассеянный звук, несущий информацию о
- г -
турбулентном фоне может Сыть использован при дистанционной диагностике атмосферной турбулентности.
Цель работы
Основной цель» данной работы является изучение роли конечноамплитудных возмущений в процессах генерации крупномасштабных вихревых структур в турбулентных течениях, исследование проблемы замыкания уравнений для средних движений, а также распространение потенциальных возмущений в случайно-неоднородных средах.
Научная новизна. 1. Выведено замкнутое уравнение, описывающее эволюцию крупномасштабного среднего воэмуаения при взаимодействии с заданной стационарной, однородной, изотропной, спиральной турбулентностьо.
-
Проведен анализ полученного уравнения для случая течения Бельтрамя. Показано, что учет спиральности приводит к понижении порога неустойчивости течения.
-
Для турбулентных теч9ний, где характерное время жизни турбулентного вихря меньше характерного периода его вращения, построены замкнутые осредненные уравнения при произвольных числах Реянольдса исходной турбулентности.
-
Показано, что при распространении звука в турбулентной среде появляется трансформация его в вихревое движение.
5. Показано, что рассеянный в турбулентной области звук
несет в cede информацию о спиральноети рассеиващей среды.
Практическая и научная ценность работа.
Изложенные выше результаты по генерации крупномасштабных вихрей в несжимаемой турбулентной среде и турбулентном потоке могут быть использованы для объяснения планетарных вихрей в атмосферах планет.
Результаты по исследованию проблемы замыкания осредненных уравнений цогут быть использованы для исследования неустойчивости турбулентных сдвиговых течений в реальных физических системах и разнообразных технических приложениях, например, в аэродинашческих трубах.
Знание процессов рассеяния звука а турбулентных средах представляет интерес при сверхдальнем распространении звука, а также моает быть использовано при акустическом зондированші турбулентности.
Результаты могут быть использованы в ИКИ РАН, ГО РАН, ИФА РАН, НПФ РАН, ФИРАН, ИОФ РАН и других организациях, занимающихся подобными проблемами.
Обоснованность и достоверность полученных результатов Обоснованность и достоверность полученных в работе результатов подтверадается теи, что при выводе усредненных уравнений для крупномасштабных полей использовалось, корреляционное приближение второго порядка, хорошо зарекомендовавшее себя в задачах гидродинамической
турбулентности. В ряде случаев результаты имеют ясную физическую интерпретацию и переходят в известные соответствующие положения. Выводы о характере гидродинамической турбулентности согласуются с экспериментальными данными.
Апробация работы и публикации Результаты работы докладывались на конференции по механике сплошных сред (Пермь, 1991), международной школе по космогеофизике (Суздаль, 1991), международной конференции по геофизической гидродинамике CRoscoff, 1991)
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы (102 стр. текста/ 1 рис., 9S наименований цитированной литературы)
