WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 36 | 37 || 39 | 40 |   ...   | 67 |

«Г И Д Р О iyi Е Т Е О И 3 Д А Т ЛЕНИНГР А Д * 1 9 7 4 УДК 5 5 1.4 6 Приводятся основные сведения о физических явлениях и процессах в океане. Излагаются вопросы термики, ...»

-- [ Страница 38 ] --

Через грань DC энергия уходит в количестве Через грань AD в единицу времени поступает энергия от ветра в ко­ личестве где Мр — количество энергии, передаваемое ветром за счет нор­ мального давления ветра, отнесенное к единице площади; Мх— то же за счет касательного напряжения.

Наконец, часть энергии в количестве E^dx рассеивается турбу­ лентной вязкостью и переходит в тепло; Ер,'- количество рассеивае­ мой энергии, отнесенное к единице площади.

Таким образом, полное изменение средней энергии в выделен­ ном объеме в единицу времени Приравнивая оба выражения для изменения энергии в единицу времени.и сокращая на dx, получим уравнение баланса энергии ветровых волн Для установившегося волн ен и я-^-=0 и, следовательно, Количество энергии Е в столбе жидкости с единичным основа­ нием определяется выведенной ранее формулой где а — амплитуда волны.

Скорость переноса энергии, равная групповой скорости, опре­ деляется для коротких волн вышеприведенной формулой v0=-~, где с — фазовая скорость распространения волн.

Уравнение (7.26) связывает между собой неизвестные элементы волны — высоту h и длину X в любой момент времени t со скоростью ветра, продолжительностью его действия и расстоянием, Проходи­ мым волной вдоль оси X и называемым д л ин о й р а з г о н а.

Действительно, энергия волны Е, как показывают соотношения (7.23) и (7.24), связана с высотой волны. Член — характеризует изменение энергии во времени, а следовательно, и изменение вы­ соты волны. Член уравнения, в. направлении распространения волны и связан с расстоянием, ! проходимым волной вдоль оси X (длиной разгона), с групповой ско­ ростью волны сгр, которая определяет скорость переноса волновой энергии, и с высотой волны, с которой связана энергия волны Е.

Члены уравнения действующего ветра, но и зависят от элементов волн. Количество теряемой энергии Е^ также связано с элементами волны.

Так как уравнение (7.26) включает две неизвестные величины h и X его решение не может быть осуществлено без дополнитель­ ного соотношения, связывающего между собой эти неизвестные.

Классические теории дают связь только между длиной волны X ее, периодом т и скоростью распространения с, а поэтому не могут быть использованы для установления соотношения между h и X.

Такие соотношения строятся исходя из тех или иных гипотез с уче­ том экспериментальных данных.

Решение уравнения баланса энергии оказывается более простым для условии установившегося волнения, т. е. когда — 0.

Однако даже и в этом случае возникают существенные трудно­ сти. К ним относятся вопросы физического объяснения механизма передачи энергии от ветра к волне (а следовательно, и обоснование методов расчета передаваемой мощности), определение потерь на турбулентное трение и, наконец, нахождение второго соотношения для установления связей между высотой и длиной волны.

Одни исследователи отводят основную роль в передаче энергии от ветра к волне касательному напряжению ветра F. Например, Маккавеев принимает где у — коэффициент трения между воздухом и водой, р' — плот­ ность воздуха, т — скорость ветра.

Исходя из этого, он определяет получаемую волной энергию Мх как произведение касательного напряжения на орбитальную ско­ рость частиц при волнении и получает следующее соотношение:

где А —коэффициент, определяемый опытным путем, 8 = — круЛ тизна волны, с — фазовая скорость волны.

Рис. 7.15. Схема питания волн энергией ветра (по Шулейкину).

Другие исследователи считают, что передача энергии от ветра к волне осуществляется вследствие разности давлений на наветрен­ ный и подветренный склоны волны. Этой точки зрения придержи­ вается и академик В.В. Шулейкин.

Для объяснения механизма передачи энергии ветра волне Шу­ лейкин рассматривает орбитальное движение частиц воды на по­ верхности моря (рис. 7.15). Волна здесь движется слева направо.

Частицы М и М находящиеся на наветренном склоне волны и дви­ жущиеся по нисходящей части орбиты, испытывают давление, сов­ падающее с направлением движения и ускоряющее его. Парные им частицы Ni и N2, находящиеся на подветренном склоне и движу­ щиеся по восходящей части орбиты, испытывают тормозящее дей­ ствие давления. Однако благодаря несимметричности давления от­ носительно профиля волны, разность давлений за время оборота ча­ стицы оказывается положительной, что и вызывает раскачку частиц на орбите, т. е.. увеличение их энергии, следовательно, и рост вы­ соты волны.

Если обозначить давление на единицу поверхности на наветрен­ ном склоне через р", на подветренном через р', а смещение частиц по вертикали через dz, то прирост энергии на единицу поверхности волны будет:

Полный прирост энергии частиц Е при перемещении поверхности воды от подошвы до гребня и обратно (по всей высоте волны h), т. е. за период волны, выразится интегралом а осредненная мощность Мр, передаваемая ветром волне, в расчете на единицу поверхности моря будет Разность давлений, как показали опыты в аэродинамической трубе, зависит от крутизны волны и относительной скорости ветра (w— с). По результатам продувок моделей волн и непосредствен­ ным определениям энергии, передаваемой ветром волне, по наблю­ дениям в штормовом бассейне, формула (7.28) может быть приве­ дена к виду где А — эмпирический коэффициент.

Расчеты по этой формуле дали следующие результаты: при ско­ рости ветра 8 м/с мощность оказалась равной 0,051 Вт/м2, при 10— 0,120, при 12 — 0,60 и при 17— 1,2 Вт/м2. Однако эксперименталь­ ные данные дали несколько другие результаты. Здесь характерно совпадение расчетных и экспериментальных данных при малых ско­ ростях ветра (до 10 м/с) и существенные различия при больших скоростях. Пытаясь установить причину такого различия, В. В. Шу­ лейкин (на основе экспериментов над моделями волн в аэродинами­ ческой трубе) пришел к выводу, что оно объясняется наличием на поверхности основных волн, волн более мелких: второго, третьего и более высокого порядка.



Существенным является вопрос об определении мощности, те­ ряемой вследствие турбулентности, возникающей при волнении.

В. В. Шулейкин, привлекая выводы С. В. Доброклонского, дает формулу для расчета потери энергии на турбулентное трение в виде где Г о — радиус орбиты частицы для установившегося волнения, Т — период установившихся волн, Roo= новившихся волн.

По Ю. М. Крылову, где b — безразмерный эмпирический коэффициент, р — плотность воды, б — крутизна волны, с — скорость их распространения, да — скорость ветра.

Не менее сложный при решении уравнения баланса энергии вет­ ровых волн это вопрос об установлении связей между длиной и вы­ сотой волны, необходимых для получения второго уравнения.

Большинство авторов решает этот вопрос на основе обработки результатов наблюдений над ветровым волнением. Естественно, при этом получаются различные выводы, так как реальные волны (о чем будет сказано ниже) отличаются большим разнообразием и не яв­ ляются двухмерными. Первое теоретическое решение было полу­ чено В. В. Шулейкиным, который, используя теорему о моменте ко­ личества движения к частицам воды, перемещающимся при волне­ нии по орбитам в форме окружности, разработал теорию нарастания длин волн под действием ветра. Это позволило ему найти второе уравнение в виде где ho и Х — высота и длина волн в начале волнообразования, ко­ гда их крутизна наибольшая.

При установившемся волнении должно существовать равенство между мощностью, передаваемой от ветра к волне и теряемой на турбулентное трение. Такое равенство, по выводам В. В. Шулей­ кина, наступает тогда, когда скорость волны с достигает 0,82 скос рости ветра w т. е. когда (3=— =0,82. Исходя из равенств указанw ных мощностей, с учетом полученного соотношения, связывающего высоту и длину волн, он приходит к уравнению, которое в безраз­ мерной форме имеет вид время роста волн, t= ---- ; — безразмерное расстояние (длина разгона), = — рость ветра в метрах в секунду. Индекс оо характеризует элементы полностью развитого волнения.

Выведенное В. В. Шулейкиным дифференциальное уравнение (7.30) легло в основу предложенного им метода расчета элементов волн, рассматриваемого ниже.

Установлено, что при развитии волн нарастание длины волны в отличие от нарастания их высоты происходит неравномерно: вна­ чале рост идет довольно быстро, а затем замедляется. Наибольшей крутизны волны достигают при р=0,27. Однако на протяжении всего этапа развития волн их длина растет быстрее высоты, что при­ водит к уменьшению крутизны волны.

Теоретические выводы и наблюдения показывают, что устойчи­ вые волны могут наблюдаться только до вполне определенных зна­ чений крутизны волны. Затем волна становится неустойчивой, и ее гребень разрушается. Теоретически предельное отношение высоты волны к ее длине равно Наблюдения дают близкие значения ^порядка Рассмотренные вопросы развития волн позволяют описать лишь основные черты этого явления. Действительная кар­ тина значительно сложнее. Прежде всего необходимо напомнить, что воздушный поток, воздействующий на поверхность моря, неод­ нороден по своей структуре. Скорость и направление ветра в раз­ личных точках поверхности моря неодинаковы и не остаются неиз­ менными по времени. Поэтому под воздействием ветра создается сложная система волн различной высоты и длины. В силу этого они не могут распространяться как параллельные гряды, т. е. иметь характер двухмерных волн, а разбиваются на холмы и впадины, располагающиеся примерно в шахматном порядке, т. е. прини­ мают характер трехмерных волн.

Разнообразие скоростей распространения волн приводит к тому, что одни волны нагоняют другие, сливаются с ними, т. е. происхо­ дит интерференция. В результате создаются группы волн.

Наличие поступательного движения частиц (волнового течения) приводит к увеличению крутизны волны и к срезанию ее вершины (образованию барашков). Вследствие этого волны не достигают тех предельных значений, которые имели бы место при движении ча­ стиц по замкнутым орбитам.

Срезание вершин обусловливает удары волн о корабль. Этот эффект еще усиливается тем, что на поверхности основных гравита­ ционных волн возникают волны высших порядков, увеличивающие срыв гребней.

Волны в циклонах. Наблюдаемое на поверхности моря значи­ тельное и сильное волнение в подавляющем большинстве случаев связано с циклонами. При перемещении циклонов вместе с ними смещается и поле волн.

Рассмотрим систему волнового поля в перемещающемся циклоне по JI. Ф. Титову.

Положим, что циклон перемещается в северном полушарии из точки М в точку Mi, М а затем в точку М3 (рис. 7.16). В южной части циклона дуют юго-западные ветры, в восточной — юго-восточ­ ные, в северной — северо-восточные и в западной — северо-за­ падные.

Северо-восточные ветры, дующие в северной части циклона, не смогут создать очень сильного ветрового волнения при перемеще­ нии циклона на юго-восток (от точки М к Mi), так как возникшие волны будут распространяться на юго-запад и вскоре окажутся вне действия того ветра, который их возбудил. Поэтому они будут пре­ вращаться по мере удаления циклона к юго-востоку в относительно слабую зыбь, распространяющуюся от северо-востока. Больше всего способствуют росту и распространению ветрового волнения на уча­ стке движения циклона М \ северо-западные ветры, дующие в за­ падной части циклона. Направление этих ветров совпадает с на­ правлением перемещения самого циклона. Поэтому по мере продви­ жения его на юго-восток северо-западные ветры будут неизменно влиять на рост волн.

Таким образом, наиболее благоприятные условия для развития волнения создаются в западной части циклона, а наименее благо­ приятные — в северной его половине. Здесь будут появляться отноСЕВЕР Рис. 7.16. Распространение ветровых волн и зыби в перемещающемся сительно слабое ветровое волнение и такая же слабая зыбь.

Когда циклон повернет к востоку (от точки М к М2 северо-за­ падные ветры будут в меньшей степени способствовать росту волн.



Pages:     | 1 |   ...   | 36 | 37 || 39 | 40 |   ...   | 67 |
 



Похожие работы:

«17 ЗАКОН БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ О ВНЕСЕНИИ ИЗМЕНЕНИЙ В ЗАКОН БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ ОБ ОБЛАСТНОМ БЮДЖЕТЕ НА 2011 ГОД И НА ПЛАНОВЫЙ ПЕРИОД 2012 И 2013 ГОДОВ ПРИНЯТ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТНОЙ ДУМОЙ 24 НОЯБРЯ 2011 ГОДА С т а т ь я 1. Внести в Закон Брянской области от 6 декабря 2010 года № 105 С Об областном бюджете на 2011 год и на плановый период 2012 и 2013 годов (в редакции законов Брянской области от 28 апреля 2011 года № 31 З, от 30 июня 2011 года № 53 З, от 7 октября 2011 года № 93 З, от 11 октября 2011 года...»

«Обзор международных и национальных стандартов по управлению проектами Данный обзор подготовлен Андреем Сооляттэ, автором книги Управление проектами в компании: методология, технологии, практика (издательство МФПУ Синергия, 2012), в которой наиболее полно представлены современные подходы и методы управления проектами, применяемые в международной и российской практике. Любая российская компания представляет собой проект (сырьевой, производственный, стратегический и т. п., в конечном итоге —...»

«Под редакцией Т.К. Андреевой 2013 УДК 347.9 ББК 67.410 А 79 Авторский коллектив: Т.К. Андреева, заместитель Председателя ВАС РФ, к.ю.н., заслуженный юрист РФ – гл. 4, 36; Ю.В. Архипова, главный консультант Управления публичного права и процесса ВАС РФ, к.ю.н. – гл. 7, 19; Д.В. Афанасьев, советник Управления частного права ВАС РФ, к.ю.н. – гл. 30, 31, разд. V; М.А. Ерохова, советник Управления частного права ВАС РФ, к.ю.н. – гл. 9, 10, разд. VII; А.Г. Зайцева, заместитель начальника Управления...»

«ЭО, 2007 г., № 2 © Г. А. Комарова УВАЖЕНИЕ К РЕСПОНДЕНТАМ - ВАЖНЕЙШАЯ ЗАПОВЕДЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ. (ИНТЕРВЬЮ С Е.И. ФИЛИППОВОЙ И М. ЛАРЮЭЛЬ) Идея интервьюирования женщин-антропологов из разных стран (США, Канада, Франция, Япония, Великобритания, Голландия, Германия) возникла у меня весной 2006 г. во время пребывания в Вашингтоне. Там, в Центре Вудро Вильсона, мне довелось в течение полугода общаться с представительницами научных сообществ, школ, направлений, взглядов, объединенных при этом общими...»

«УДК 591.9:592М71 ВЕКОВАЯ ДИНАМИКА РЕГИОНАЛЬНОГО КЛИМАТА, МИКРОКЛИМАТ И ИЗМЕНЕНИЕ АРЕАЛОВ НАСЕКОМЫХ. 2. НОВЫЕ И МАЛОИЗВЕСТНЫЕ ВИДЫ НАСЕКОМЫХ ДЛЯ ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ1 Д.В. Присный, Е.В. Неган, ЮЛ. Присный Приведены собранные за период с 2000 по 2012 гг. сведения о 110 видах насекомых, впервые или повторно отмечаемых на территории Белгородский государственный Белгородской области, Предполагается, что большинство таких находок национальный связано с расширением или восстановлением...»

«Информация о ходе выполнения научно-исследовательской и методической работы в 2010 г. и плане работы на 2012 г. Сизоненко И.Е., секретарь НМС ЦФО РФ, заместитель директора Центра по региональным и международным связям Главархива Москвы Деятельность Научно-методического совета архивных учреждений Центрального федерального округа Российской Федерации велась в соответствии с утвержденным Планом работы НМС на 2010 г. Координация работы в области научно-исследовательской и методической работы,...»

«Дизайн и врстка А. Бураго Редактор А. Леонтьев Корректоры К. Иванова и А. Леонтьев Фотомонтаж коллажа Н. Каневской ISBN: 5-901545-06-0 5 Отягчающие обстоятельства Перед вами – не гербарий из стихов под одной обложкой, а скорее связное – не повествование, конечно! – исследование на тему: а что же это такое – душа? И может ли она жить в человеческом теле, мозге: в теле животного, изготовленного за миллионы лет эволюции; в мозге, в котором зашиты рефлексы и устремления, предназначенные только для...»

«Титульный лист книги Г.А. Ткачева Ингуши и чеченцы в семье народностей Терской области Печальный гений падших царств Великой истины свидетель: Закон и меч – вот добродетель! Единый меч – душа коварств; Доколь они в союзе оба. Дотоль свободен человек! Закона нет – проснулась злоба, И меч права его рассек! Вот корень жизни безначальной, Вот бич любимый сатаны. Вина разбоя и войны, Кавказа факел погребальный Л. Полежаев Ст. Чир-Юрт (1832 г.) Глава I Вместо предисловия 1. Запрос 58-ми Внесенный в...»

«Антони Пичот Монсе Агер Жорди Пуч Эта книга приглашает нас совершить экскурсию но Театру-Музею Дали. Ее ангоры, Антони Пичот и Монсе Агер, опубликовали много работ об этом музее и хорошо его знают. Мопсе Агер Тещидор, директор Центра изучения творчества С. Дали при Фонде ГалаСальвадор Дали, посвятила свою профессиональную жизнь изучению творчества Сальвадора Дали и, особенно, его Театра-Музея. Антони Пичот делится с нами своими воспоминаниями, знаниями и опытом, всем тем, чем он обязан своей...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.