Исследование режимов течения с волновым аттрактором

Исследование явления волнового аттрактора. Оценка влияния наличия аттрактора на характеристики течения и аккумуляцию энергии.

На данный момент исследование проблемы изменения климата это актуальная задача, важной частью которой является изучение формирования и развития глобальных течений в толще мирового океана. В свою очередь было обнаружено, что явление волнового аттрактора как внутренней волны в толще жидкости оказывает значительное влияние на вертикальное перемешивание и перенос тепла в океане. Поэтому исследование аттракторов является актуальной задачей, которая поможет лучше понять физические процессы, связанные с развитием течений в мировом океане.

Волновой аттрактор - это явление самофокусировки пучков внутренних волн на замкнутой траектории. Фокусировка происходит вследствие специфического дисперсионного соотношения, из-за которого отражение пучков происходит с сохранением угла с вертикалью, а не с нормалью к отражающей поверхности. При этом движение жидкости отказывается сосредоточенным на узкой траектории, что приводит к значительной аккумуляции энергии по сравнению с режимом сейш. Из-за этого в течениях с аттрактором характерно наличие каскада триадных резонансов, когда материнская волна достаточно большой амплитуды порождает две дочерние волны с сохранением суммы частот.

Для изучения волнового аттрактора используются: уравнения Навье-Стокса и неразрывности в приближении Буссинеска; уравнение транспорта соли (для DNS-решателя Nek5000) или квазигидродинамическая система с транспортом примеси (QHD-Foam).

Одним из условий формирования аттрактора является наклонная стенка, поэтому наиболее простой геометрий для изучения этого явления является трапеция, однако такая форма не является единственной.

Основные исследования проходят с использованием открытого программного комплекса Nek5000 с последующей постобработкой. Решатель позволяет производить расчет с достаточно высокой точностью, поскольку решение аппроксимируется полиномами 10-го порядка.

Также проводилось сравнение Nek5000 и mulesQHD на базе OpenFOAM, численное моделирование показало свои преимущества и недостатки каждого из пакетов.