Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидросфереНИР

Experimental studies, physical and mathematical modeling of main physical processes in the hydrosphere

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
12 1 января 2014 г.-31 января 2014 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа: Проведен анализ лабораторных экспериментов по исследованию формы поверхности вихревых систем, возникающих во вращающейся жидкости, формы поверхностных загрязнений во вращающейся жидкости, исследовано влияние формы поплавков на характер движения в вихревых структурах. Получена физическая и математическая модель развития вязкого дрейфового течения на поверхности нелинейных диспергирующих волн. Проведено экспериментальное исследование развития вязкого дрейфового течения при наличии на взволнованной и гладкой поверхности воды нефтяных сликов. Оценено влияние температуры и относительной влажности воздуха на изменение энергообмена между водоемом и атмосферой в ночное время в период развития весеннего термобара. Оценено влияние энергообмена на изменение теплозапаса водоема, местоположение термобара и скорость его перемещения
13 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа: Изучена зависимость распространения примесей в вихревом течении от физических свойств и объема примеси (нефть, дизельное топливо, подсолнечное, касторовое и авиационное масла, а так же смеси вышеперечисленных веществ в различных пропорциях). Эксперименты показали, что как в пресной, так и в соленой воде несмешивающиеся жидкости частично остаются на свободной поверхности, частично затягиваются в толщу жидкости, где образуют связное масляное тело в окрестности оси вращения. Добавление примеси приводит к уменьшению глубины поверхностной каверны, причем, чем более легкая и маловязкая жидкость, тем мельче каверна и тоньше слой нерастворимой примеси под ней. Получена математическая модель расчета поля давления ветра на подветренный склон ветровых волн и подветренный скат крыш домов. Предложен способ ликвидации скачка давления на подветренном скате крыши, приводящего к отрыву крыши во время шквалистого ветра. Проведено экспериментальное исследование вихревых структур в вязком слое воздуха и параметров ветровых волн в зоне их генерации. С помощью математического моделирования проведено исследование влияния ветра различной силы и направления на формирование течений, термобара и термического состояния пресных водоемов в период таяния ледового покрова.
14 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа: 1. В 2016 году проводилось экспериментальное исследование геометрии и динамики переноса различных веществ в компактных составных вихрях в широком диапазоне физических параметров задачи. Проведенные опыты показали, что составной вихрь в прозрачном контейнере позволяет изучать изменение контактной поверхности вода – маркер, отслеживать изменения ее структуры в зависимости от свойств выбранного маркера. Экспериментально изучена тонкая структура поверхностей раздела нефтяное тело – вода и жидкость (вода или несмешивающиеся углеводороды) – воздух в составном вихре, включая режим начала формирования эмульсий. В качестве объекта исследования были выбраны массово используемые жидкости (подсолнечное и авиационное масла, нефть, дизельное топливо, а также их смеси в разных пропорциях). Проведенные эксперименты показали, что в исследуемом вихре как в пресной, так и в соленой воде несмешивающиеся жидкости (такие как масло, дизельное топливо) частично остаются на свободной поверхности, частично затягиваются в толщу жидкости, где образуют связное масляное тело в окрестности оси вращения. Впервые рассмотрена задача аналитического определения формы масляного тела в составном вихре на основе анализа уравнений механики разноплотных жидкостей с физически обоснованными граничными условиями. Получены зависимости, отражающие форму границ раздела фаз в вихревом течении жидкости, состоящей из двух компонент. Аналитические выражения, характеризующие форму нулевого приближения для границ раздела фаз в составном вихре, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Проведенные эксперименты показывают ярко выраженную зависимость параметров, характеризующих движение твердотельного маркера на поверхности вихря от формы и размеров маркера. Твердотельные маркеры обращаются вокруг центра каверны вихря и одновременно вращаются вокруг собственной оси. Угловые скорости вращения и обращения связаны функциональной зависимостью, вид которой также определяется параметрами течения и свойствами маркера (объем, масса, размеры и форма). Все наблюдаемые картины течения устойчиво воспроизводятся при повторении экспериментов и сохранении условий в пределах точности опытов. 2. Проведены измерения в Онежском озере. Выявлена вертикальная структура поля скорости течения в Петрозаводской губе Онежского озера при наличии струи в термоклине, дрейфового течения, плотностного потока и внутренних волн. Разработана и проверена для разных гидродинамических условий методика теоретического описания профилей скорости течения на двух разрезах этого залива. Получены зависимости концентрации хлорофилла-а в деятельном слое от высоты внутренней волны в периоды с разной освещенностью и от волнового потока взвеси при наличии внутренних волн. 3. В рамках совместной научной работы с Институтом Биологии южных морей г. Севастополя проводилось экспериментальное исследование воздействия струйных метановых выделений в бухтах г. Севастополя на стратифицированные потоки. Была разработана и опробована методика моделирования процесса взаимодействия струйных выделений газа и стратифицированной жидкости. В результате экспериментальных исследований обнаружено, что струйные выделения газа со дна могут влиять на вертикальное распределение температуры и размывают границы термоклина. Опробована методика визуализации и обработки полученных изображений действующих струйных метановых выделений на неглубокой воде. 4. Получена физическая и математическая модель деформации водной поверхности цепочкой вихрей, формирующихся в вязком слое тормозящегося в направлении движения стационарного (в среднем) потока воздуха. Проведен ряд экспериментов, данные которых позволили верифицировать предложенную физическую модель.
15 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа: Получена физическая модель генерации ветровых волн на плоской поверхности воды, включающая оценку амплитуды и длины устойчивых волн, возникающих на плоской поверхности для заданного поля ветра. Получены коспектры волн цунами и гравитационных волн в рамках создания метода прогноза параметров и распространения цунами по опережающим предвестникам. Проведены экспериментальные и теоретические исследований динамики и структуры многофазных вихревых течений и характера переноса трех типов маркеров: твердотельных (льда, пластика), несмешивающихся с водой (нефть, масло, дизель) и растворимых (краска, уранил) с целью совершенствования физических, аналитических и численных моделей переноса вещества в океане. С помощью математического моделирования проведены исследования динамики развития течений, термобара и термического состояния пресных глубоких водоемов с разным наклоном берега при разных гидрометеорологических ситуациях.
16 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа: Проведено экспериментальное исследование формирования коротких цилиндрических вихрей в вязком слое неоднородного потока воды. Получена физическая модель явления, позволившая провести параметризацию характеристик вихрей в зависимости от основных параметров фонового потока. Создан прототип автоматизированной системы прогноза цунами по оперативным сейсмическим данным. В режиме тестовой эксплуатации система обработала несколько десятков потенциально цунами опасных событий. В работе с помощью математического моделирования получены зависимости между скоростью распространения весеннего термобара в озере и морфометрическими параметрами его дна . Проведены экспериментальные исследования динамики распространения различных примесей в двухфазных вихревых течениях в широком диапазоне физических параметров задачи. Проведено исследование взаимосвязей между климатическими процессами Северной Атлантики и Арктики. Показано, что таяние льда в Арктике в 70-е – 90-е гг. ХХ столетия связано с изменчивостью климата в Северной Атлантике, хорошо отражаемой в индексах Атлантической мультидекадной осцилляции и интенсивности Атлантической меридиональной циркуляции.
17 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа:
18 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа:
19 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа:
20 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование определяющих физических процессов в гидрофизике
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".