5 февраля 2016

В СФТИ НИЯУ МИФИ провели моделирование воздушных потоков типа торнадо

В природе встречается интересное атмосферное явление – торнадо, регулярно наблюдаемое на юге США и в других достаточно теплых и ровных местностях. Торнадо приводят к значительным разрушениям и часто к человеческим жертвам. На протяжении десятилетий исследователи активно занимаются проблемой торнадо, но в настоящее время обоснованной теории, объясняющей причины возникновения и функционирования торнадо, не существует.

В СФТИ НИЯУ МИФИ над этой проблемой активно работают заведующая кафедрой «Высшая и прикладная математика» к.ф.-м.н. И.Ю.Крутова и аспирант кафедры О.В.Опрышко. Они используют схему возникновения и функционирования природных восходящих закрученных потоков типа торнадо и тропического циклона, изложенную С.П. Баутиным в книге «Торнадо и сила Кориолиса». Данная схема возникновения и функционирования природных восходящих закрученных потоков является оригинальной и строго математически обоснованной.

Математически моделируются трехмерные стационарные и нестационарные течения идеального политропного газа в условиях действия сил тяжести и Кориолиса. Для системы уравнений газовой динамики поставлена начально-краевая задача, решение которой описывает течение, возникающее при плавном стоке газа через поверхность вертикального цилиндра заданного ненулевого радиуса в окрестности непроницаемой плоскости z=0. Доказано, что данная задача является характеристической задачей Коши стандартного вида и поэтому при условии аналитичности входных данных у нее существует единственное аналитическое решение. Анализ первых коэффициентов ряда по степеням z показал, что при начале радиального стока внутрь цилиндра сразу возникает окружное движение газа, закрученное в Северном полушарии в положительном направлении и в отрицательном направлении для случая Южного полушария. Установленные факты являются математическим обоснованием результатов соответствующих экспериментов в части возникновения закрутки и направления этой закрутки. Начальный отрезок ряда, задающий это аналитическое решение, используется для моделирования трехмерных стационарных и нестационарных придонных течений таких природных вихрей как торнадо и тропические циклоны.

Сотрудники кафедры «Высшая и прикладная математика» провели расчеты газодинамических параметров и их сравнение с данными натурных наблюдений за торнадо различных классов и среднего по своим характеристикам тропического циклона.

Результаты своих исследований сотрудники СФТИ НИЯУ МИФИ представят на Всероссийской конференции «Нелинейные волны: теория и приложения», которая пройдет 29 февраля-2 марта 2016 г. в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук. И.Ю. Крутова и О.В. Опрышко выступят с докладом на тему «Моделирование трехмерных течений в придонных частях восходящих закрученных потоков типа торнадо» на заседании секции «Аналитические и численные методы в механике сплошных сред».