Лаборатория гидродинамики

Заведующий лабораторией д.ф.-м.н. Валерий Николаевич Зырянов

Сотрудники Лаборатории гидродинамики занимаются фундаментальными задачами геофизической гидродинамики – исследованиями динамики течений, вихрей, волн и турбулентности в геофизических средах (океаны, моря, озера, эстуарии, водохранилища).

Направления исследований:

• Изучение вихревой гидродинамики вращающейся стратифицированной жидкости: механизмов формирования, законов эволюции и взаимодействия вихрей, их устойчивости, возникновения хаотической адвекции в нестационарных потоках, обтекающих подводные возвышенности и впадины;
• Изучение нелинейных процессов в геосредах, развитие методов математической физики гидросферы.

Результаты исследований:

• В лаборатории получен ряд важных теоретических результатов для стратифицированной вращающейся жидкости:
  • новые типы вихревых образований,
  • регулярная и хаотическая динамика вихревого движения жидкости,
  • спектральная неустойчивость топографических вихрей над подводными возмущениями рельефа дна с возникновением вихревых торов, вихревых линз в районах подводных возвышенностей в океанах и морях.
• Разработана оригинальная численная реализация метода контурной динамики (МКД) для многослойной вращающейся жидкости, которая позволяет исследовать эволюцию вихрей, их взаимодействие, распад, возникновение хаоса.

Рис 1. Эволюция неустойчивого хетона. Последовательные стадии распада вихрей в верхнем (красная линия – граница вихря) и в нижнем (синие линии) слоях жидкости.

• Ведутся теоретические и экспериментальные исследования топографических вихрей – вихрей, возникающих над подводными горами в океанах и морях. Эти вихри всегда антициклонические и в них должно быть опускание вод. Но в природе наблюдается часто подъем вод. Оказалось, что имеет место спектральная неустойчивость топографического вихря и его бифуркация на вихревые торы (рис. 2), которые и обеспечивают подъем вод.

Рис. 2. Распад топографического вихря над подводным возмущением дна на два вихревых тора (траектории частиц).

• Для экспериментального моделирования гидродинамических процессов в водных объектах гидросферы Земли в Лаборатории создана вращающаяся лабораторная установка (рис. 3). Скорость вращения управляется программно компьютером через микропроцессор Ардуино (UNO). Реализована обратная связь через систему датчиков Холла.

Рис. 3. Вращающаяся лабораторная установка.

• Фрагмент эксперимента по генерации антициклонического вихря (топографический вихрь) во вращающейся жидкости над движущимся по дну цилиндрическим возмущением.

Рис. 4. Топографический вихрь над движущимся подводным возмущением дна.

Веб-страница лаборатории: https://www.iwp.ru/about/structure/otdel-dinamiki-vodnoy-sredy/laboratoriya-gidrodinamiki/