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 ![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image040.png)
Уравнение турбулентного движения
![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image042.png)
![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image044.png)
![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image046.png)
Уравнение одномерного установившегося движения: ![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image048.png)
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. ![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image052.png)
Мощность слоя перемешивания = 20-30 м, т. е. эпилимнион. Степень перемешивания и мощность эпилимниона зависят от полной энергии волны Е
![](https://konspekta.net/studopediainfo/baza4/2362808645662.files/image054.png)