Экспериментальное исследование затухания волн под действием турбулентности

Затухание гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) в присутствии турбулентности является классической гидродинамической задачей, которая имеет и важные геофизические приложения, одно из которых связано с проблемой формирования радиолокационного и оптического изображения следа надводного судна на морской поверхности. Несмотря на важность проблемы гашения поверхностных волн турбулентностью, наблюдается явный недостаток соответствующих теоретических и экспериментальных работ. Что касается последних, то представляется весьма затруднительным сделать однозначные выводы относительно зависимостей коэффициентов затухания от характеристик волн и турбулентности. Это, по-видимому, связано с неучтенным влиянием на волны краевых течений сложной структуры, возникающих из-за ограниченности области генерации турбулентности и сильно маскирующих эффект подавления волн собственно турбулентностью. В настоящей работе разработана принципиально новая методика проведения экспериментов и выполнены первые исследования затухания волн на турбулентности. Изучалось гашение турбулентностью стоячих ГКВ, параметрически возбуждаемых в кювете, установленной на вибростенде. Для возбуждения поверхностных волн и турбулентности использовался двухчастотный режим (сумма двух гармонических колебаний). Высокочастотный сигнал малой амплитуды – для параметрического возбуждения волн, низкочастотный сигнал большой амплитуды для возбуждения турбулентности при обтекании перфорированной пластины. Коэффициент затухания волн определялся по порогу их возбуждения, а параметры турбулентности – с использованием методик PIV и PTV. Получены зависимости коэффициентов затухания ГКВ от частоты при различной интенсивности турбулентности, сделаны оценки величины турбулентной вязкости и проведено сравнение с оценкой в рамках полуэмпирической теории турбулентности (ПТТ). Получено хорошее согласие различных оценок, что свидетельствует об адекватности использования ПТТ для описания эффектов гашения ГКВ турбулентностью. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 08-05-00634, 08-05-97011, 09-05-97019, 10-05-00101), Миннауки (госконтракт 02.740.11.0566), программы ОФН РАН “Современные проблемы радиофизики“, проекта IPY THORPEX.