Выпуск:
2018. Том 4. №1Об авторах:
Баутин Сергей Петрович , доктор физико-математических наук, профессор кафедры высшей и прикладной математики, Снежинский физико-технический институт НИЯУ МИФИ; eLibrary AuthorID, sbautin@usurt.ruАннотация:
Целью данной работы является изложение детальных аналитических и численных исследований сложных течений воздуха в разрушительных атмосферных вихрях. В частности, поскольку основная часть кинетической энергии торнадо и тропических циклонов сосредоточена в их придонных частях, то именно в этих областях подробно рассматриваются геометрические, скоростные и энергетические характеристики указанных течений.
В качестве математической модели использованы система уравнений газовой динамики и полная система уравнений Навье — Стокса при учете действия сил тяжести и Кориолиса. Благодаря соответствующим поставленным начальным и краевым условиям, численно и в аналитическом виде построены решения системы дифференциальных уравнений газовой динамики, учитывающие действие силы Кориолиса и моделирующие течения воздуха в придонных частях торнадо и тропического циклона. Построенные решения согласуются с данными натурных наблюдений за указанными природными воздушными течениями.
При анализе этих решений строго математически установлено, что часть кинетической энергии вращения Земли переходит в кинетическую энергию вращательного движения этих течений, и вращательное движение не имеет других источников энергии.
Отмечается, что разрушительный характер имеют только те торнадо, у которых кинетическая энергия вращательного движения становится преобладающей в кинетической энергии всего потока.
С использованием результатов экспериментальных и теоретических исследований показана ошибочность предложения не учитывать вращение Земли для тех течений, для которых число Россби много больше единицы.
В работе также приведены расчеты трехмерных нестационарных течений сжимаемого вязкого теплопроводного газа, являющихся соответствующими решениями полной системы уравнений Навье — Стокса при учете действия сил тяжести и Кориолиса. Ставилась начально-краевая задача, решения которой моделируют эксперимент с вертикальным продувом воздуха вверх по трубе большого диаметра. Нестационарные расчеты скоростных и энергетических характеристик проводились для различных скоростей вертикального продува вплоть до выхода возникающего закрученного течения воздуха на стационарный самоподдерживающийся режим функционирования.
Ключевые слова:
Список литературы:
