Главная > Разное > Динамические явления в водоемах
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

2.5. Количественные характеристики вертикальных вихревых образований

При изучении вертикальной структуры ветровых течений наибольшее внимание приходится уделять наиболее крупным вихревым образованиям, поскольку они обладают наибольшей энергией движения и определяют, например, такие процессы, как вертикальное перемешивание вод [10, 124, 205, 210].

Наиболее детальные сведения о крупных вихревых образованиях получены в лабораторных экспериментах ГГИ [177, 180] для разнонаправленных по глубине ветровых течений. Это оказалось возможным в связи с тем, что квазиустановившимся течениям этого вида присущи вихревые образования с вертикальной и горизонтальной осями вращения, которые сравнительно легко выявляются на кадрах стационарной киносъемки благодаря малой подвижности и отчетливости их форм.

Обработке были подвергнуты материалы семи экспериментов, в каждом из которых съемка полей скорости осуществлялась в течение 5—50 мин (табл. 2.1). Размеры освещенной плоским светом осевой части потока при ширине лотка 100 см и глубине наполнения 50 см составляли 50X5X75 см. Следовательно, на кадрах киносъемки фиксировались лишь те структурные образования, которые перемещались в осевой части потока или пересекали ее под некоторым углом.

В каждом эксперименте за указанное выше время регистрации поля скорости было зафиксировано и выделено по 10—20 структурных образований с вертикальной и горизонтальной осями вращения. Средние размеры этих образований составляли около а наибольшие достигали (табл. 2.1), причем в одних экспериментах преобладали вихревые образования с вертикальной, а в других — с горизонтальной осью вращения. Вихревые образования с вертикальной осью вращения существовали в среднем около 20 с, а вихревые образования с горизонтальной осью вращения — около 10 с. Вихревым образованиям с вертикальной осью вращения оказалась свойственна большая подвижность, чем вихревым образованиям с горизонтальной осью вращения, и они

чаще выходили за пределы поля съемки, что приводило к некоторому занижению данных о времени их существования.

Общая продолжительность существования вихревых образований, выраженная в процентах от продолжительности регистрации поля скоростей, изменялась в широких пределах: от 0,3 до 50 % для вихрей с горизонтальной осью вращения и от 8,4 до 23,1 % для вихрей с вертикальной осью вращения (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1 (см. скан) Количественные характеристики вихревых образований в экспериментах с разнонаправленными по глубине ветровыми течениями

Если продолжительность существования упорядоченных вихревых образований рассматривать не по продолжительности их нахождения в пределах границ поля съемки, а по продолжительности регистрации скоростей в конкретных точках потока, то указанное общее относительное время может быть уменьшено в 5—10 раз.

Для квазиустановившихся однонаправленных ветровых течений продолжительность существования крупных вихревых образований оказалась близкой к приведенным выше средним значениям, но эти сведения грубо приближенны, поскольку получены путем подсчета числа кадров съемки с отчетливо выраженными восходящими и нисходящими траекториями частиц.

На основании данных экспериментов можно утверждать, что крупные и средние по размерам вихревые образования связана с размерами потока и характеристиками градиентов его скорости. Об этом свидетельствует то, что размеры крупных вихревых образований соизмеримы с размерами слоя, охваченного волновыми движениями, а время их существования примерно на 1—2 порядка и более превышают средний период волн.

Последнее подтверждает правомерность гипотезы о незначительном влиянии волновых движений на турбулентность ветрового течения в изотермическом слое моря. Эта гипотеза была выдвинута С. А. Китайгородским [78] на основании анализа уравнения баланса энергии флюктуационных движений применительно к морским условиям. Некоторые косвенные подтверждения гипотезы ее автор получил на основании анализа данных В. В. Ефимова и Г. Н. Христофорова [46] по пульсациям скоростей и данных А. Ю. Бенилова и Б. Н. Фелюшкина [124] по флюктуациям температуры воды в верхнем слое моря.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление