Лабораторное исследование влияния поверхностной пены на процессы обмена в пограничном воздушном слое над взволнованной водной поверхностью

Автор: Максим Игоревич Вдовин

Соавторы: Вдовин М.И., Сергеев Д.А., Троицкая Ю.И.

Организация: ИПФ РАН

Динамика турбулентного пограничного слоя атмосферы над океаном, генерация ветровых волн и процессы перемешивания верхнего слоя океана определяются обменом энергии (турбулентными потоками импульса и тепла) на границе океан-атмосфера. На сегодняшний день большой интерес вызывает вопрос о поведении коэффициентов обмена в приводном пограничном слое при высоких скоростях ветра, в том числе их зависимость от наличия на поверхности воды пенного покрова, который образуется в ходе естественного обрушения волн или по иным причинам. 

На Ветро-волновом канале ИПФ РАН была проведена серия лабораторных экспериментов по исследованию процессов обмена импульсом и теплом в турбулентном пограничном слое воздушного потока над частично покрытой пеной взволнованной поверхностью. Измерения проводились для широкого диапазона параметров волнения и скоростей ветрового потока в канале (эквивалентная скорость ветра U₁₀ в ходе эксперимента составила от 12 до 38 м/с). Пенный покров на поверхности создавался ка к естественным образом за счет обрушения ветровых волн, так и искусственно при помощи специально сконструированного подводного пеногенератора, который не оказывал существенного влияния на поверхностное волнение.

Используя разработанный ранее метод профилирования, основанный на свойстве автомодельности дефекта профиля скорости и температуры в воздушном канале [1, 2] были определены значения коэффициентов обмена импульсом и теплом. Построены зависимости коэффициентов обмена от параметров воздушного потока и характеристик волнения.