Modeling regular waves effects on turbulent vertical exchange

Статья посвящена исследованию влияния регулярных волновых процессов на турбулентный обмен по вертикали с помощью математической модели волновых процессов, базирующейся на системе уравнений Навье-Стокса, включающей три уравнения движения в областях с динамически изменяемой геометрией расчетной области. На основании численных экспериментов, полученных с использованием программного комплекса для численной реализации предложенной трехмерной модели волновой гидродинамики, проведено моделирование влияния регулярных волн на турбулентный обмен по вертикали. Подтверждено расслоение волнового потока на приповерхностный турбулентный слой, индуцированный волновым движением, и нижележащий слой с фоновой гидродинамической турбулентностью. Выявлена характерная особенность влияния регулярных волн на турбулентный обмен по вертикали, а именно увеличение коэффициента турбулентного обмена в приповерхностном слое и его уменьшение в придонном слое по сравнению распределением коэффициентов, полученным с помощью параметризации Смагоринского. Выявлено, что толщина приповерхностного турбулентного слоя линейно связана с высотой и длиной волны, толщина турбулизованного приповерхностного слоя имеет порядок высоты волны. Численные эксперименты показали четкое расслоение волнового потока на приповерхностный слой, и нижележащую область с относительно продолжительным временем их существования. Продемонстрирован широкий диапазон изменчивости турбулентных пульсаций скорости.

Ключевые слова: влияние регулярного волнения, турбулентное перемешивание, коэффициент вертикального турбулентного обмена, трехмерная математическая модель гидродинамики