Турбулентное перемешивание. Что такое турбулентность. Концепции вихрей Гончарова и Великанова. Эволюция вихря. Энергия перемешивания.

Турбулентность – явление, связанное с возникновением, эволюцией и разрушением вихревых образований, возникающих в водных объектах. , где первое – это среднее значение, а второе – пульсационная составляющая, которая подчиняется закону нормального распределения. По концепции Гончарова, турбулентные вихри возникают в связи с отрывным типом обтекания гряд потоками. Согласно концепции Великанова, причина возникновения турбулентных вихрей – временная потеря устойчивости движения потока на участках реки с резким изменением морфометрических характеристик русла. Схема разрушения вихря: большой вихрь делится на два, каждый из которых делятся еще на два и так далее, до тех пор пока малые вихри не станут настолько малы, что будут не в состоянии преодолеть энергию потока. Невозможен обратный ход вихря. И невозможен перескок через какой-либо уровень разрушения. Энергия турбулентности: общая энергия водного потока – 100%, тогда энергия осредненного потока – 80%, а энергия турбулентности – 20%, которые в свою очередь делятся на низкочастотные вихри – 20%, среднечастотные вихри – 60%, высокочастотные вихри – 20%. Среднечастотные вихри оказывают наиболее значительное влияние на характеристики водных объектов, они энергонесущие. На извилистых участках выше интенсивность перемешивания.

Характеристики турбулентности:

1. Статические характеристики

1)Пульсационная составляющая скорости течения по всем направлениям: . 2)Интенсивность турбулентности: - среднеквадратическое отклонение. Зависимость интенсивности турбулентности от глубины: ко дну она увеличивается, она связана с концентрацией взвешенных наносов. 3) Коэффициент корреляции. 4) Спектральные функции

2. Динамические характеристики

1)Масштаб турбулентности: внутренний масштаб (продолжительность , длина , где μ – динамическая вязкость, ε – энергия диссипации турбулентности) и внешний масштаб, который делится на глобальный (, ) и локальный. 2)коэффициент турбулентного обмена: , , , перепишем как

Уравнение турбулентного движения

Уравнение одномерного установившегося движения:

 

Вынужденное перемешивание (основные понятия): факторы его возникновения, особенности трансформации энергии воздушных потоков в энергию турбулентности. Длина, высота и энергия ветровых волн

Причины вынужденного перемешивания: ветер → волнение → вертикальное перемешивание. Или ветер → ветровые течения → горизонтальной перенос. Также причинами вынужденного перемешивания являются изменение давления над акваторией, сейсмические колебания.

Ветровое перемешивание: длина и высота волн зависят от скорости ветра и длины пути разгона. Высота волны.

Мощность слоя перемешивания = 20-30 м, т. е. эпилимнион. Степень перемешивания и мощность эпилимниона зависят от полной энергии волны Е