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: Проанализирована работа автоматической системы «Tsunami Observer» за период 25.01.2018 — 15.07.2019. За это время было выполнено 356 оценок цунамигенности землетрясений (195 уникальных событий по данным двух источников). Для 9 цунами-событий, по которым имелась информация о высотах заплеска, проведено сравнение выполненных оценок с данными натурных наблюдений. Система не переоценила ни одно их тех слабых цунами, по которым отсутствовали данные о заплесках. По отмеченным 9 цунами-событиям сравнение показало, что система «Tsunami Observer» адекватно оценила опасность 8 событий. Исключением явилось цунами на о. Сулавеси, при возбуждении которого, помимо сейсмического толчка, важную роль играли подводные оползни Получен физический механизм формирования крупных гряд на берегах современной Волги, известных как «Бугры Бэра». Показано, что гряды могли возникнуть при воздействии стационарных волн на поверхности мощного потока воды при резком понижении уровня Каспийского моря. Предложен метод восстановления параметров катастрофического стока по форме современных гряд. Показано, что форма гряд точно соответствует параметрам стационарных волн, а объем размытого грунта соответствует объему песка, который мог быть перенесен вихрями, сформированными в вязком слое потока за время стока воды. Используя реальные морфометрические данные рельефа дна Ладожского озера и результаты численных расчетов скорости перемещения весеннего термобара (ТБ) при этих параметрах, построены изолинии расположения температуры 4оС (месторасположения термобара) по поверхности Ладожского озера в период с 15 мая по 15 июля. Сравнение результатов расчетов с данными реальных наблюдений за перемещением ТБ показало их хорошее согласие. Однако увеличение «времени жизни» ТБ на 2 недели при его математическом моделировании весной по сравнению с натурными данными позволяет сделать вывод о необходимости более детального изучении влияние гидрометеорологических условий на формирование и развитие термобара. Проведены и проанализированы многочасовые измерения параметров воды в районе действующих струйных метановых выделений в районе бухты Ласпи (Крым). Проделано лабораторное моделирование выделяющихся пузырьков газа для оптимального определения их резонансной частоты звучания. Проведены измерения вертикальных профилей параметров воды в отделяющихся водоемах Кандалакшского залива По современным данным о температуре и солёности EN4 и WOA2013 для Северной Атлантики выявлены особенности вертикального распределения термохалинных характеристик и их связи с меридиональной циркуляцией в различные фазы Атлантической мультидекадной осцилляции
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:
21 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 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".