Взаимодействие квазигоризонтального вихря с приповерхностным дрейфовым течением, вызванным стационарным ветровым воздействием

Abstract

В работе численно решается задача взаимодействия квазигоризонтального компактного вихря с дрейфовым экмановским течением, вызванным стационарным ветровым воздействием. Модель задачи - негидростатическая. Используются полные уравнения Навье-Стокса в приближении Буссинеска, осредненные по Рейнольдcу. Для аппроксимации коэффициентов горизонтальной турбулентной диффузии используется модель Смагоринского, а для вертикальных - Прандтля-Обухова. В начальный момент вихрь задаётся под полем дрейфового течения в непосредственной близости к нему или в нижней части течения. Со временем, из-за вертикальной диффузии, происходит взаимодействие верхней части вихря с дрейфовым течением. Полученные численные результаты согласуются со здравым смыслом: вихрь наклоняется в вертикальной плоскости, а его верхняя часть сносится дрейфовым течением. Взаимодействие можно классифицировать как слабое и сильное. При слабом взаимодействии вихрь просто сносится течением и слабо деформируется на каждом из горизонтов. При сильном взаимодействии горизонтальная структура вихря уже не напоминает свой первоначальный вид.

У роботі чисельно розв'язується задача взаємодії квазігоризонтального компактного вихора з дрейфовою течією, що визвана стаціонарною вітровою дією. Модель задачі - негідростатична. Використовуються повні рівняння Нав'є-Стокса у наближенні Буссинеска, які осереднено за Рейнольдсем. Для апроксимації коефіцієнтів горизонтальної турбулентної дифузії використовується модель Смагорінського, а для вертикальних - Прандтля-Обухова. У початковий момент вихор задається під полем дрейфової течії у беспосередній близості до неї або у її нижній частині. З часом, із-за вертикальної дифузії, відбувається взаємодія верхньої частини вихора з дрейфовою течією. Отримані результати узгоджуються зі здравим глуздом: вихор нахиляється у вертикальній площині, а його верхня частина зноситься дрейфовою течією. Взаємодію можна класифікувати як слабку та сильну. При слабкій взаємодії вихор просто зноситься течіею і слабо деформується на кожному з горизонтів. При сильній взаємодії горизонтальна структура вихора вже не нагадує свій початковий вигляд.

Interaction qusihorizontal vortex and subsurface drift current caused by steady wind effect 44 In this paper, the interaction of quasihorizontal vortex and subsurface Ekman drift flow caused by steady wind effect has been investigated. Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS) with Boussinesq approximation for density field are used. The model of the problem is non-hydrostatic. Horizontal diffusion is approximated according to Smagorinsky model, and vertical one - by Prandtl-Obuhov model. At initial time moment the vortex is set under drift flow layer close to it or at lower part of the flow. Owing to vertical diffusion, when the time pass vortex become interact with drift flow. Obtained results agree with common sense: vortex bends in vertical cross-section plane and the domain of vortex-drift flow interaction moves along (shifts by) drift flow. The interaction may be classified as weak one and strong one. When weak interaction, vortex just shifted by drift flow and weakly deformed at each horizon. When strong interaction, the vortex horizontal structure does not resemble it's initial one.