Проведена серия установочных экспериментов в большом опытовом бассейне СПбФ ИО РАН

20 августа 2024

В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (СПбФ ИО РАН) в рамках государственного задания «Гидрофизические исследования волновихревых и гидроакустических процессов в крупномасштабных лабораторных бассейнах», министерский номер темы FMWE-2024-0029, под руководством члена-корреспондента РАН, руководителя направления «Фундаментальная и прикладная гидрофизика» Родионова А.А. проведена серия установочных экспериментов в большом опытовом бассейне по воспроизведению в масштабе 1:100 и поддержанию основных типов стратификации, характерных для Мирового океана.

Стратифицированный гидрофизический бассейн в СПбФ ИО РАН введен в эксплуатацию в 2023 году. Конструкция бассейна и технологические характеристики позволяют создавать многослойную стратификацию, охватывающую основные типы гидрологических условий озёр, морей и океанов. В целях повышения эффективности исследований создана цифровая копия бассейна, на основе которой оптимизируются программы и методы экспериментов, а также могут быть получены данные для совершенствования гидрофизических численных моделей. Благодаря сочетанию вычислительных технологий, расширению диапазона создаваемой стратификации и наличию развитого информационно-измерительного комплекса появляются дополнительные возможности для изучения гидрофизических процессов в лабораторных условиях.

На основе теории подобия оценены допустимые масштабы воспроизводимых натурных гидрофизических процессов. Эксперименты подтвердили, что созданный гидрофизический бассейн хотя и уступает в размерах большому термостратифицированному бассейну Института прикладной физики РАН, но позволяет производить более тонкие настройки стратификации, а также отличается высокой скоростью её установления и относительной простотой поддержания. В отличии от широко используемых лотков с солевой стратификацией гидрофизический бассейн позволяет изучать трехмерные процессы взаимодействия внутренних волн с течениями и вихревыми движениями.

Подобно тому, как осциллирующее или неустойчивое течение над твердым телом порождает внутренние волны, так и колеблющееся или движущееся под водой тело генерирует внутренние волны в неподвижной стратифицированной жидкости. В гидрофизическом бассейне внутренние волны создаются специальным устройством — волнопродуктором. Начат подбор рабочих режимов волнопродуктора (изображение 1).

 

Изображение 1 – Работа волнопродуктора

 

Было подтверждено, что используемый в гидрофизическом бассейне СПбФ ИО РАН волнопродуктор плунжерного типа, позволяет создавать внутренние волны максимальной крутизны.

 

Изображение 2 – Генерация внутренних волн

 

Далее в гидрофизическом бассейне предполагается проведение исследований в области гидродинамики природных процессов и воздействия техногенных факторов на среду морских и пресных водоемов с моделированием реальной стратификации и приоритетностью изучения эффектов нестационарности, вихревых движений, волно-вихревых взаимодействий. Большой интерес представляет лабораторное моделирование взаимодействия различных видов течений (внутренних волн и регулярных слоистых структур конвективных течений, вихрей и волн), которое может быть выполнено с использованием современных зондовых и дистанционных оптических и акустических методов исследований.