Нивина Татьяна -- лауреат конкурса дипломных работ
 Второй премии на конкурсе дипломных работ удостоена работа студентки кафедры физики моря и вод суши Татьяны Нивиной (руководитель Мельникова О.Н.)
Дипломная работа Нивиной Т. А. посвящена важной для практики фундаментальной проблеме усиления ветровых волн на начальной стадии их развития. Основные концепции физической модели процесса были сформулированы еще Кельвином и Ламбом. В течение ХХ века проблема изучалась многими теоретиками и экспериментаторами. Большой вклад сделан сотрудниками кафедры физики моря и вод суши (Кононкова, Показеев). Однако до сих пор модели, адекватной экспериментальным данным, создано не было. В работе Нивиной предложена новая, оригинальная физическая модель, позволяющая объяснить и прогнозировать наблюдаемое явление. Впервые проведено экспериментальное исследование тонкой структуры поля скорости в пограничных слоях воды и воздуха, позволившее доказать справедливость предложенной модели.
На кафедре физики моря и вод суши впервые было обнаружено, что в замедляющемся вдоль по течению стационарном потоке жидкости у границ возникает периодический отрыв вихрей (Мельникова). Процесс был визуализирован в водном и воздушном потоках. Вихри отрываются периодически на одинаковом расстоянии друг от друга. Доказано, что периодический отрыв вихрей в приводном слое горизонтального потока воздуха, скорость которого убывает в направлении движения, приводит к возбуждению монохроматической волны, длина которой точно равна расстоянию между вихрями. Усиление такой волны и было исследовано экспериментально в прямом канале с прозрачными стенками. Создание чисто монохроматической волны - явилось условием успеха эксперимента.
Скорость потоков воды и воздуха вблизи волновой поверхности определялась по перемещению частиц на видеозаписи. Такой способ исследования применен впервые к данной задаче. Отсутствие искажений позволило выявить основные особенности поля скорости в пограничных слоях толщиной порядка 1 мм.
По данным о поле скорости определялось поле давления на приводной линии тока с помощью интеграла Коши-Лагранжа. Показано, что усиление волн возникает из-за различия давления на передний и задний склоны волны (сдвиг между фазой волны и давления - ). Понижение давления на переднем склоне волны вызвано периодическим отрывом цилиндрических вихрей при периодической остановке тонкого приводного слоя воздуха под действием трения и обратного градиента давления. При вылете вихрей нарушается слой вязкого трения, что приводит к резкому ускорению потока воздуха и падению давления.
Оригинальная методика исследования развития монохроматической волны позволила выяснить влияние нелинейности на рост волн. На видеозаписи зафиксировано появление гребня второй гармоники, когда крутизна волны достигает значения 0.1. Пока крутизна нелинейной волны мала, преобладает дисперсия: гребень второй гармоника отстает от основной волны. Это приводит к искажению волнового фронта и уменьшению разности давления на передний и задний склоны основной волны. В результате амплитуда волны резко замедляет рост. Для волн большой крутизны (ak=0.3) скорости основной гармоники и высших мод оказываются близки, в результате чего передний склон волнового фронта становится более крутым, чем задний. На крутом переднем склоне, где скорость воздуха уменьшается вдоль направления движения, происходит отрыв вихрей. Под действием периодического перепада давления, возникающего в точках отрыва вихрей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга (несколько миллиметров), появляются капиллярные волны. Искажение волновой поверхности капиллярными волнами приводит к уменьшению разности давления на переднем и заднем склонах основной волны. В результате скорость роста амплитуды волны уменьшается. На начальной стадии развития монохроматической волны получено полное соответствие расчетных и экспериментальных данных. Это доказывает справедливость предложенной физической модели.
Оригинальные результаты получила дипломница благодаря настойчивости, изобретательности, способности находить нестандартные решения.
Доц., доктор физ. мат. наук Мельникова О.Н.
| 
Виртуальный тур и фильмы о факультете
Вестник МГУ. Серия 3.
связаться с нами