Том 29, номер 01, статья № 3

Носов В. В., Лукин В. П., Носов Е. В., Торгаев А. В. Структура турбулентности над нагретыми поверхностями. Численные решения. // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 01. С. 23-30. DOI: 10.15372/AOO20160103.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Исследована структура турбулентных движений воздуха в замкнутых объемах (без обмена веществом на границах) над неоднородно нагретой поверхностью путем численного решения нескольких краевых задач для уравнений Навье–Стокса. Показано, что над неоднородно нагретой поверхностью возникают уединенные тороидальные вихри (когерентные структуры, топологические солитоны). Количество вихрей и их внутренняя структура зависят от формы и размера нагретых неоднородностей. В случае простых форм нагрева (однородный нагрев, одно нагретое круглое пятно) в объеме наблюдается когерентная турбулентность, возникающая в результате когерентного распада вихрей. Для сложных форм нагрева (тепловая пестрота) тороидальные вихри заметно деформируются. Вихри могут быть вытянутыми вдоль поверхности и иметь спиральные линии тока. В процессе эволюции вихри заметно смешиваются. Это дает колмогоровскую (некогерентную) турбулентность. Экспериментальные данные, полученные ранее в подкупольных помещениях астрономических телескопов, подтверждают наши численные расчеты.

Ключевые слова:

турбулентность, когерентная турбулентность, когерентная структура, топологический солитон, численное моделирование когерентных структур, уравнения Навье–Стокса, неоднородно нагретая поверхность, тепловая пестрота

Список литературы:


1. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Астроклимат специализированных помещений Большого солнечного вакуумного телескопа. Ч. 1 // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 11. С. 1013–1022.
2. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Астроклимат специализированных помещений Большого солнечного вакуумного телескопа. Ч. 2 // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 3. С. 207–217.
3 Nosov V.V., Grigor’ev V.M., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Astroclimate of specialized rooms of the Large solar vacuum telescope. Part 1 // Atmosph. Ocean. Opt. 2007. V. 20, N 11. P. 926–934.
4. Nosov V.V., Grigor’ev V.M., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Astroclimate of specialized rooms of the Large solar vacuum telescope. Part 2 // Atmosph. Ocean. Opt. 2008. V. 21, N 3. P. 180–190.
5. Nosov V.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Papushev P.G., Torgaev A.V. Astroclimate inside the dome of AZT-14 telescope of Sayan Solar Observatory // Proc. SPIE. 2007. V. 69361R. P. 1–4.
6. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентные структуры в турбулентной атмосфере. Эксперимент и теория // Солнечно-земная физ. 2009. Вып. 14. С. 97–113.
7. Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G. Coherent structures in turbulent atmosphere // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-09. P. 53–70.
8 Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G. Coherent structures in the turbulent atmosphere // Mathematical Models of Non-Linear Phenomena, Processes and Systems: From Molecular Scale to Planetary Atmosphere / Eds. by A.B. Nadycto et al. N.Y.: Nova Science Publishers, 2013. Chap. 20. P. 297–330.
9. Носов В.В., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Торгаев А.В. Атмосферная когерентная турбулентность // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 753–759.
10. Nosov V.V., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Torgaev A.V. Atmospheric coherent turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 201–206.
11. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Папушев П.Г., Торгаев А.В. Результаты измерений астроклиматических характеристик подкупольного пространства телескопа АЗТ-33 Саянской солнечной обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН // Солнечно-земная физ. 2006. Вып. 9 (122). С. 101–103.
12. Nosov V.V., Lukin V.P., Torgaev A.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G. Result of measurements of the astroclimate characteristics of astronomical telescopes in the mountain observatories // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-11. P. 82–87.
13. Nosov V.V., Lukin V.P., Torgaev A.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G. Astroclimate parameters of the surface layer in the Sayan solar observatory // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-12. P. 87–94.
14. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентная турбулентность вблизи приемной апертуры астрономического телескопа // Изв. вузов. Физ. 2012. Т. 55, № 9/2. С. 212–214.
15. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентная турбулентность на территории Байкальской астрофизической обсерватории // Изв. вузов. Физ. 2012. Т. 55, № 9/2. С. 204–205.
16. Носов В.В., Лукин В.П., Торгаев А.В. Когерентные структуры в атмосфере, возникающие при обтекании препятствий // Материалы XVI Междунар. симп. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2009. С. 645–648.
17. Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Results of measurements of A.N. Kolmogorov and A.M. Obukhov constants in the Kolmogorov–Obukhov law // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-09. P. 70–77.
18. Nosov V.V., Lukin V.P., Torgaev A.V. Structure function of temperature fluctuations in coherent turbulence // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-13. P. 94–97.
19. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентные структуры – элементарные составляющие атмосферной турбулентности // Изв. вузов. Физ. 2012. Т. 55, № 9/2. С. 236–238.
20. Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G. The Solitonic Hydrodynamical Turbulence // Proc. VI Int. Conf. «Solitons Collapses and Turbulence: Achievements Developments and Perspectives». Program committee chief is academician V.E. Zakharov. Novosibirsk, 2012. P. 108–109.
21. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентные составляющие турбулентности // Тез. докл. Междунар. конф., посвященной памяти академика А.М. Обухова «Турбулентность, динамика атмосферы и климата». I. Турбулентность. М.: ИФА РАН, 2013. С. 43–47.
22. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентные составляющие синоптических спектров атмосферной турбулентности // Изв. вузов. Физ. 2015. T. 58, № 8/3. С. 206–209.
23. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Проблема когерентной турбулентности // Вестник МГТУ «Станкин». 2013. Т. 24, № 1. С. 103–107.
24. Lukin V.P. Bol'basova L.A., Nosov V.V. Comparison of Kolmogorov’s and coherent turbulence // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 10. P. B231–B236.
25. Lukin V.P., Nosov V.V., Kovadlo P.G., Nosov E.V., Torgaev A.V. The reason of non-Kolmogorov’s turbulence in atmosphere // Appl. Opt. 2015. V. 54 (in print). Manuscript ID: 252039.
26. Носов В.В., Лукин В.П., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Оптические свойства когерентной турбулентности в горном пограничном слое. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2015 (в печати). 154 с.
27. Nosov V.V., Lukin V.P., Torgaev A.V. Decrease of the light wave fluctuations in the coherent turbulence // Proc. SPIE. 2009. V. 7296-10. P. 77–82.
28. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Рекомендации по выбору мест размещения наземных астрономических телескопов // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 12. С. 1099–1110.
29. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Оптимальное размещение наземных коротковолновых приемников атмосферных телекоммуникационных систем // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2011. № 3. С. 76–82.
30. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Флуктуации астрономических изображений в когерентной турбулентности // Изв. вузов. Физ. 2012. Т. 55, № 9/2. С. 223–225.
31. Nosov V.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Intermittency of the astronomical images jitter in the high-mountain observations // Proc.  SPIE.  2014.  SPIE  paper  number  AO200-47.
32. Lukin V.P., Nosov V.V., Torgaev A.V. Features of optical image jitter in a random medium with a finite outer scale // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 10. P. B196–B204.
33. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Эффект перемежаемости турбулентности в высокогорных наблюдениях // Изв. вузов. Физ. 2015. T. 58, № 8/3. C. 210–213.
34. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Моделирование когерентных структур (топологических солитонов) в закрытых помещениях путем численного решения уравнений гидродинамики // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 2. С. 120–133.
35. Popinet S. The Gerris Flow Solver. A free, open source, general-purpose fluid mechanics code. 2002–2014. URL: http://gfs.sf.net
36. Popinet S. Gerris: A tree-based adaptive solver for the incompressible Euler equations in complex geometries // J. Comput. Phys. 2003. V. 190, N 2. P. 572–600.
37. Popinet S., Smith M., Stevens C. Experimental and numerical study of the turbulence characteristics of air flow around a research vessel // J. Atmos. Ocean. Technol. 2004. V. 21, iss. 10. P. 1575–1589.
38. Popinet S. 100 Gerris Tests. V. 1.3.2. URL: http:// gerris.dalembert.upmc.fr/gerris/ tests/tests/index.html; Gerris: Bibliography. URL: http://gfs.sf.net/wiki/index.php/Bibliography; List of recent publications. URL: http://gfs.sf.net/wiki/index.php/User:Popinet
39. Nosov V.V., Grigoriev V.M., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Simulation of coherent structures (topological solitons) indoors by numerical solving of hydrodynamics equations // Proc. SPIE. 2014. SPIE Paper Number AO200-212.
40. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Структура движений воздуха на оптических трассах в специализированных помещениях астрономических телескопов. Численное моделирование // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 7. С. 614–621.