Теория мезомасштабной турбулентности. Вихри атмосферы и океана

Description

В книге рассмотрены проблемы динамики атмосферы, океана и течений в каналах, которые ранее не поддавались исследованию, поскольку не учитывали инерцию мезовихрей турбулентных потоков. Мезомасштабная теория восполнила пробел благодаря пространственному осреднению, известному из приемов составления конечноразностных компьютерных программ. Показано, что требования однородности турбулентности отнюдь не запрещают асимметрию тензора турбулентных напряжений, если нетривиален собственный угловой момент мезовихрей. Получаемые при этом континуальные уравнения для макропараметров турбулентных объектов позволяют, например, показать зарождение торнадо из облака мелких вихрей атмосферы. Принципиальным оказалось использование потока энергии, как параметра состояния, что типично для термодинамически открытых систем. В качестве приложений мезомасштабной теории к физике атмосферы рассмотрены задачи формирования турбулентного следа за телом, включая эффекты присутствия взвеси и перемежаемости потоков. Из геофизических приложений рассмотрены задачи о формировании океанских течений на экваторе и глобальной циркуляции Мирового океана, также затронута проблема магнитного динамо. Отдельная глава посвящена вопросам турбулентных течений и теплообмена в трубах и каналах, где применение мезомасштабной теории позволило полностью описать как классические турбулентные профили скоростей, так и обнаружить некоторые новые эффекты. Применение среды разработки параллельных программ Parjava для кластерных вычислений позволило получить трехмерные (3D) численные решения задачи зарождения и трансформации торнадо, наглядно иллюстрирующие кинематику процессов и адекватность расчета натурным наблюдениям.\nКнига рассчитана на специалистов по геофизике, гидродинамике, метеорологии, компьютерным вычислениям, на аспирантов и студентов вузов. Титульный лист......Page 2 Глава 1. Вихревая симметрия в однородной турбулентности......Page 3 Глава 2. Угловой момент в вязкой жидкости ......Page 19 Глава 3. Пространственное усреднение и макроуравнения......Page 33 Глава 4. Турбулентность как открытая термодинамическая система......Page 52 Глава 5. Турбулентные следы в атмосфере ......Page 71 Глава 6. Геофизическая турбулентность......Page 96 Глава 7. Генерация мезоструктур у твердой стенки......Page 123 Глава 8. Пристеночные турбулентные течения и теплопередача......Page 136 Глава 9. Числовой расчет пространственной динамики торнадо......Page 176 Приложение А. Угловой момент в гидродинамике......Page 205 Приложение Б. Торнадо и смерчи в природе......Page 216 Приложение В. Теория торнадо и смерчей: краткий обзор......Page 236 Литература......Page 271