Библиотека диссертаций Украины Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины
  Подробная информация Каталог диссертаций Авторам Отзывы
Служба поддержки




Я ищу:
Головна / Фізико-математичні науки / Механіка рідини, газу та плазми


Гуртовий Юрій Валерійович. Поширення слабконелінійних хвильових пакетів у двошаровій рідині : Дис... канд. наук: 01.02.05 - 2008.



Анотація до роботи:

Гуртовий Ю.В. Поширення слабконелінійних хвильових пакетів у двошаровій рідині.- Рукопис. Дисертація на здобуття ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальністі 01.02.05 - механіка рідини, газу та плазми.- КДПУ ім. В.Винниченка, Кіровоград, 2007.

Дисертаційна робота присвячена поширенню слабконелінійних хвильових пакетів на межі розділу двох рідких шарів з різними густинами. На основі методу багатомасштабних розвинень отримано розв’язки та нелінійне рівняння Шредінгера, яке описує еволюцію хвильового пакету внутрішніх хвиль. Виявлено та чисельно досліджено умову модуляційної стійкості внутрішніх хвиль, де враховано вплив поверхневого натягу. Досліджені геометричні та фізичні параметри двошарової системи при яких модуляційно нестійкі розв’язки приводять до утворення солітонів обвідної. Знайдені області, де виникає резонанс другої гармоніки хвильового пакету внутрішніх хвиль, що приводить до асиметрії гребінів і підошв. Розглянуто граничний випадок поширення хвильових пакетів при хвильових числах близьких до критичного, що приводить до еволюційного рівняння, яке може бути поширеним на всі хвильові числа.

Результати дозволяють визначати умови поширення та еволюції слабконелінійних хвильових пакетів внутрішніх хвиль в сильнодиспесійних стратифікованих середовищах, що може бути використано в океанології та у розробках принципово нових технологій з використанням двох рідких середовищ, що не перемішуються.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми поширення слабконелінійних хвильових пакетів вздовж межі контакту двох рідких шарів скінченої глибини. В рамках застосування асимптотичного методу багатомасштабних розвинень включно до третього наближення для даної нелінійної задачі отримано такі результати:

для лінеаризованої задачі виведене дисперсійне рівняння в безрозмірному вигляді, виведені умови розв'язуваності для задач другого та третього наближення та частинні розв'язки для задач першого та другого наближення; у граничному випадку, за умови прямування товщини шару до нескінченності, результати асимптотично переходять у раніше отримані для гідродинамічної системи "півпростір - півпростір" та «шар-півпростір»;

для хвильових чисел, далеких від критичного, методом багатомасштабних розвинень отримане еволюційне рівняння обвідної хвильового пакету у вигляді нелінійного рівняння Шредінгера, яке було застосоване для дослідження еволюції хвильових пакетів скінченої амплітуди,

при переході до безрозмірних величин виявлений фізичний зміст малого параметру, що дозволяє інтерпретувати нелінійне рівняння Шредінгера, як модель, яка описує слабконелінійні хвильові пакети у дисперсійному середовищі;

випадок поширення хвильових пакетів при хвильових числах, близьких до критичного описується нелінійним рівнянням Шредінгера, що містить першу похідну по просторовій координаті та дві похідні по часовій координаті, і яке може бути поширеним на всі хвильові числа. Отримано співвідношення між хвильовим числом та малим параметром та відповідне розвинення хвильового числа за малим параметром ;

виявлена та чисельно досліджена умова модуляційної стійкості внутрішніх хвиль у вищезгаданих задачах поширення хвильових пакетів, в яких враховано вплив поверхневого натягу. Побудовано діаграми модуляційної стійкості для систем "шар - шар", знайдено кількісні та якісні відмінності указаних діаграм, в залежності від відношення товщин двох рідких шарів. У загальному випадку площина ( поділяється на область лінійної нестійкості та область лінійної стійкості, яка, у свою чергу, поділяється на такі області: три області модуляційної нестійкості та п'ять областей модуляційної стійкості; зменшення товщини нижнього шару суттєво змінює області модуляційної нестійкості. При однакових товщинах шарів кількість областей модуляційної стійкості і нестійкості зменшується на дві за рахунок накладання двох кривих, що їх обмежують ;

у випадку модуляційної нестійкості дослідження еволюції форми слабконелінійного хвильового пакету внутрішніх хвиль у дисперсійному середовищі приводить до утворення солітонів обвідної, розміри і число яких залежать від початкових параметрів хвильового пакету. Солітони обвідної є кінцевим утворенням еволюції скінченого хвильового пакету і є стійкими відносно взаємодій з іншими хвильовими пакетами. Якщо ж на початку маємо неперервний хвильовий пакет, то процес утворення солітонів не є остаточним, і форма хвильового пакету періодично еволюціонує до початкової форми (повернення ФПУ).

врахування другого наближення для відхилення межі розділу двох рідких шарів приводить до виникнення асиметрії гребенів і підошв модуляційно стійкого хвильового пакету, а також до незначного підйому чи опускання рівня хвильового пакету. У випадку високих хвиль пакет має гострий гребінь та затуплену підошву, для пологих хвиль гребінь дещо затуплений, а підошва загострена. У випадку модуляційної нестійкості при утворенні солітонів обвідної відповідно затуплюється чи загострюється форма обвідної хвильового пакету. Для фіксованої товщини шарів, в залежності від відношення густин середовищ та хвильового числа, існують декілька областей, де можлива загострена чи затуплена форма хвиль. Якщо нижній шар значно більший за верхній, то маємо чотири таких області. Дві з указаних областей вироджуються за умови зменшення товщини нижнього шару;

вивчені характерні особливості резонансної області другої гармоніки. Резонансна область вказує також на ті параметри двошарової системи, при яких друга гармоніка набуває як завгодно великих значень. Це обумовлено нехтуванням в математичній моделі задачі явищами в’язкості та дисипації енергії, а також не врахуванням частинних розв’язків третього наближення.

Дисертаційна робота в цілому має теоретичне значення, однак, в ній враховані сучасні потреби моделювання хвильових процесів, що виникають у практичній діяльності. Внаслідок цього одержана інформація кількісного та якісного характеру, що дозволяє визначати умови утворення, стійкості та форми солітонів обвідної хвиль в умовах, коли є наявність двох рідких середовищ, що не перемішуються. Задачі про поширення хвильових пакетів на поверхні контакту двох рідких середовищ можуть моделювати сильно стратифіковані за глибиною області термоклину в Світовому океані. Вивчення впливу поверхневого натягу може бути також застосовано у розробках нових технологій з використанням двошарових рідких систем.

Публікації автора:

  1. Селезов И.Т., Авраменко О.В., Гуртовый Ю.В. Особенности распостранения волновых пакетов в двухслойной жидкости конечной глубины // Прикладна гідромеханіка. – 2005. – Том 7(79), № 1. - С. 80-89.

  2. Селезов И.Т., Авраменко О.В., Гуртовый Ю.В. Устойчивость волновых пакетов в двухслойной гидродинамической системе //Прикладна гідромеханіка. - 2006, - 8(90), №4. - С.60-65

  3. Селезов И.Т., Авраменко О.В., Гуртовый Ю.В. Распостранение нелинейных волновых пакетов при околокритических волновых числах в двухслойной жидкой системе// Математичні методи та фізико-механічні поля. – 2007. - 50, №1. – С.91-97.

  4. Авраменко О.В., Гуртовий Ю.В. Особливості хвильових пакетів у двошаровій рідині // Каразінські природознавчі студії. Матеріали міжнародної наукової конференції 14-16 червня 2004 р. – Харків: Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2004. – С.168.

  5. Авраменко О.В., Гуртовий Ю.В. Стійкість хвильових пакетів у системі «шар-шар» // Конференція молодих учених із сучасніх проблем механіки і математики імені академіка Я. С. Підстригача. – Львів, 2005. – Випуск 42. – С.15-16.

  6. Авраменко О.В., Гуртовий Ю.В. Фізичний зміст параметру багатомасштабного розвинення //Наукові записки.- Випуск 66. – Серія: Математичні науки: РВВ КДПУ ім. В. Винниченка, 2007. - С. 3-5.

  7. Гуртовий Ю.В. Модуляційна нестійкість хвильових пакетів у шаруватій рідкій системі //Матеріали III Всеукраїнської науково-практичної конференціїї “Математика, економіка, інформатика: актуальні проблеми та методики викладання”. – Кіровоград: КДПУ ім В. Винниченка, 2007.- С. 12-14.