Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог диссертаций

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

Диссертационная работа:

Фомін Володимир Володимирович. Чисельне моделювання течій та хвиль в прибережній зоні моря з урахуванням їх взаємодії : Дис... д-ра наук: 04.00.22 - 2008.

Скачать диссертацию *

* Ссылка размещена на правах рекламы



Аннотация к работе:

Фомін В.В. Чисельне моделювання течій та хвиль в прибережній зоні моря з урахуванням їх взаємодії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальнiстю 04.00.22 – геофізика. – Морський гідрофізичний інститут НАН України, Севастополь, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню динаміки течій і хвиль в прибережній зоні моря. Вперше розроблена чисельна сумісна модель для опису течій, згінно-нагінних коливань, поверхневого хвилювання та морфодинамічних процесів в прибережній зоні. Виконана всебічна верифікація моделі, що включає: співставлення даних моделювання з аналітичним рішенням і результатами лабораторних експериментів. На основі сумісного моделювання вивчено формування полів течій і поверхневого хвилювання в замкнутому мілководному басейні стаціонарним вітром і рухомими циклонами. З використанням розробленої моделі виконано моделювання індукованих хвилями прибережних систем циркуляції в районі прямолінійного берега. Отримані кількісні оцінки впливу поверхневого хвилювання на вертикальне перемішування в мілководному басейні. З використанням розробленої моделі досліджені особливості течій, поверхневого хвилювання в озері Донузлав і Керченській протоці та в районі Євпаторійського узбережжя. Проведено співставлення результатів сумісного і роздільного моделювання. Вперше побудована сумісна модель прогнозу хвилювання, течій і згінно-нагінних процесів в Азовському морі, що враховує механізми затоплення і осушення берегової зони. Отримана хороша відповідність між результатами чисельного моделювання та даними спостережень. Розроблена в дисертації модель була використана для гідрометеорологічного забезпечення проектування гідротехнічних споруд у прибережній зоні Чорного та Азовського морів.

Розроблена та практично реалізована сумісна чисельна модель течій і поверхневих хвиль для дослідження динамічних процесів у прибережних зонах та вирішення задач комплексного гідрометеорологічного забезпечення господарської діяльності. На основі порівняльного аналізу даних сумісного та роздільного моделювання отриманий ряд нових результатів, що стосуються взаємного впливу хвиль і течій у модельних басейнах і реальних акваторіях. Основні результати проведених досліджень можуть бути сформульовані в наступному вигляді:

1. Розроблена сумісна модель динаміки мілкого моря, що є замкнутою системою рівнянь для опису течій, згінно-нагінних процесів, поверхневого хвилювання та транспорту речовин. Характерною особливістю моделі є те, що в ній на основі ряду узгоджених параметризацій враховані всі основні фізичні механізми взаємодій між течіями та поверхневими хвилями в мілководних акваторіях.

2. В рамках сумісної моделі побудована чисельна модель циркуляції вод, що враховує: механізми впливу поверхневого хвилювання на течії, переміщення граничних меж під впливом згінно-нагінних процесів і донні деформації, обумовлені ефектами ерозії дна і акумуляції осадів. Основні особливості алгоритму циркуляційної моделі – економічні схеми інтегрування за часом, і монотонні TVD-схеми апроксимації адвективних потоків, що дозволяють адекватно відтворювати поля з сильними просторовими градієнтами.

3. Виконана верифікація чисельних алгоритмів, що включає: вибір оптимальної комбінації TVD–схем для апроксимації адвективних операторів; порівняння модельних даних з аналітичним рішенням та результатами лабораторних експериментів; відтворення відомих із спостережень особливостей морфодинамічних процесів у береговій зоні за наявності берегозахисних споруд.

4. Вивчено формування полів течій і поверхневого хвилювання у модельному басейні однорідним за простором вітром і рухомими циклонами. Встановлено, що найбільш істотний вплив хвиль на течії відбувається, коли врахований внесок хвилювання у формування поверхневих і придонних напружень тертя. Вплив неоднорідностей течій на хвилювання менш значущий, ніж вплив змін рівня моря. Після припинення вітру в басейні можуть виникати області інтенсифікації хвилювання, а також ефекти блокування хвиль течіями у вигляді тіньових зон .

5. Вперше виконано моделювання індукованої хвилями прибережної системи циркуляції з урахуванням механізмів затоплення і осушення берега. Показано, що модель адекватно відтворює основні особливості вертикальної структури компенсаційних і вздовжберегових течій, а також просторові характеристики розривних течій.

6. Отримані кількісні оцінки впливу поверхневого хвилювання на вертикальне перемішування за рахунок механізмів перекидання хвиль і взаємодії між вітровою та стоксовою течіями. Показаний переважаючий внесок другого механізму. Виявлено, що хвильове перемішування приводить до істотного зменшення швидкості поверхневих течій.

7. З використання розробленої автором моделі досліджені особливості вітрових течій і поверхневого хвилювання в озері Донузлав. Показано, що урахування хвилювання при розрахунку напруження тертя вітру є одним з основних чинників, що призводять до інтенсифікації циркуляції води в озері. Виявлені випадки локального послаблення хвилями напруження тертя вітру при проникненні в озеро з боку відкритого моря штормового хвилювання.

8. Виконано сумісне моделювання стаціонарних полів вітрових течій і поверхневого хвилювання в Керченській протоці за різних типів вітрових ситуацій. Проведено зіставлення результатів сумісного та роздільного моделювання. Вперше показана значущість урахування взаємодії між хвилями і течіями при моделюванні динамічних процесів у протоці.

9. На основі чисельного моделювання вивчені особливості хвильових течій і хвильового нагону в районі Євпаторійського узбережжя, для якого встановлені закономірності отримані автором вперше. Показано, що для даного району визначальний внесок до генерації хвильових течій дають радіаційні напруження.

10. Вперше концепція сумісного моделювання була використана для вивчення особливостей еволюції полів течій та вітрового хвилювання для Азовського моря при характерних штормових ситуацій. Побудована сумісна модель прогнозу хвилювання, течій та згінно-нагінних процесів в Азовському морі, що враховує механізми затоплення і осушення берегової зони. Проведено випробування моделі на полях вітру і атмосферного тиску, розрахованих за допомогою прогностичної атмосферної моделі. Отримана хороша відповідність між результатами чисельного моделювання та даними спостережень на берегових станціях.

11. Розроблена в дисертації сумісна модель була застосована автором для виконання прикладних робіт по гідрометеорологічному забезпеченню проектування технологічних платформ і підводних трубопроводів в прибережній зоні Азово-Чорноморського басейну.


Меню
Реклама



2006-2009 © Диссертации и авторефераты Украины