Архив номеров

Цель работы - прямое численное и теоретическое моделирование динамики фонтана в жидкости со стратификацией плотности в виде пикноклина. Фонтан формируется при проникновении вертикальной струи сквозь пикноклин. В численном моделировании струйное течение инициируется с помощью постановки граничного условия в виде направленного вертикально вверх ламинарного потока жидкости нейтральной плавучести с осесимметричным гауссовым профилем скорости.

Расчеты показывают, что при числе Фруда Fr, превышающем некоторое критическое значение, течение становится неустойчивым, и фонтан совершает автоколебания, сопровождающиеся генерацией внутренних волн в пикноклине. В зависимости от Fr можно различать две моды автоколебаний. При достаточно малых Fr фонтан совершает круговые движения в горизонтальной плоскости в окрестности центра струи, сохраняя почти неизменную форму. При этом излучаются внутренние волны, имеющие вид раскручивающихся спиралей. При достаточно больших Fr доминирует другая мода, когда верхушка фонтана хаотически "блуждает" в окрестности центра струи и периодически обрушается, генерируя пакеты внутренних волн, распространяющихся к периферии области счета. В обоих случаях основной пик в частотном спектре внутренних волн совпадает с частотой колебаний верхушки фонтана, которая монотонно уменьшается с ростом Fr. Зависимость амплитуды колебаний верхушки фонтана от Fr в численном моделировании хорошо согласуется с предсказанием теоретической модели конкуренции взаимодействующих мод в режиме мягкого самовозбуждения.