Рис. 6. Структуры центрального сечения конического пучка периодических
внутренних волн в непрерывно стратифицированной среде
T
b
= 5
,
2
с (источ-
ник — диск радиусом
R
= 4
см, осциллирующий в вертикальном направлении
с частотой
ω
= 1
c
−
1
и амплитудой
U
= 0
,
25
см/c):
а
,
б
— поля горизонтальной компоненты скорости
v
r
при
t
= 0
; 0,25
T
b
;
в
— поле
второй производной скорости
∂
2
v
r
/∂z
2
,
t
= 0
них волн, угол наклона которого к горизонту
ϑ
определяется отно-
шением частот колебаний источника
ω
к плавучести
N
[23]. Энергия
волн сосредоточена в центре волнового пучка, а диссипация происхо-
дит преимущественно в тонкоструктурных оболочках на краях пучка
(рис. 6).
Рассчитанная картина волн удовлетворительно согласуется с ре-
зультатами теневой визуализации пучка конических внутренних волн
в лабораторном бассейне (рис. 7, диск осциллирует в стратифициро-
ванном растворе поваренной соли [24]). Угол наклона луча к горизонту
ϑ
определяется отношением частот колебаний
ω
источника и плавуче-
сти
ϑ
= arcsin
ω
/
N
(рис. 7,
а
). При критической частоте
ω
=
N
волно-
вой луч ориентирован вертикально (рис. 7,
б
), при сверхкритических
частотах
ω > N
волны не распространяются и крупномасштабные воз-
мущения неволнового типа сосредоточены в окрестности источника.
Выраженными остаются только тонкоструктурные компоненты – уси-
ленные течения, индуцированные диффузией, которым соответствуют
горизонтальные полосы на рисунке (рис. 7,
в
).
Рассчитанные и измеренные значения возмущений плотности, вы-
званные смещением слоев жидкости, согласуются с точностью до под-
гоночного коэффициента
0
,
7
< K <
1
,
1
. Измерения волновых возму-
щений контактными датчиками показали, что осциллирующие объ-
емные тела являются более эффективными генераторами внутренних
волн, чем плоский диск, и позволили проследить появление тонко-
структурных компонентов не только в окрестности движущегося тела,
но и в толще жидкости.
При малых амплитудах движения картины волновых полей от ос-
циллирующего шара и диска структурно подобны. С увеличением ам-
плитуды колебаний шара в волновом поле образуются бегущие мел-
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 6
89
