Описание ленгмюровских циркуляций упорядоченным набором конвективных кубических ячеек

Abstract

Предложена теоретическая модель описания Ленгмюровских циркуляций (ЛЦ) упорядоченным набором конвективных кубических ячеек со свободными границами. Показано, что соответствующим расположением конвективных кубических ячеек можно сформировать течения, характерные для ЛЦ. Проведено сопоставление теоретической модели и экспериментальных данных. Дано объяснение некоторых особенностей ЛЦ. В частности, выяснена причина различия между скоростью нисходящего и восходящего потоков ЛЦ в направлении, поперечном к скорости ветра. Показано, что из-за такого различия центры смежных встречных валов смещаются к нисходящему потоку. Дана оценка пороговой скорости ветра, превышение которой приводит к формированию ЛЦ. На основе свойств симметрии исходной линейной системы уравнений обоснована инвариантность образования ЛЦ от способа подогрева слоя жидкости. Описано несимметричное распределение скорости течения поверхностного слоя жидкости в ЛЦ в поперечном к скорости ветра направлении. Показано, что ориентировка wind-streaks относительно направления ветра обусловлена действием силы Кориолиса.

Запропоновано теоретичну модель опису ленгмюрівських циркуляцій (ЛЦ) упорядкованим набором конвективних кубічних комірок з вільними межами. Показано, що відповідним розташуванням конвективних кубічних осередків можна сформувати течії, характерні для ЛЦ. Проведено зіставлення теоретичної моделі й експериментальних даних. Дано пояснення деяких особливостей ЛЦ. Зокрема, з'ясовано причину розходження між швидкістю спадного й висхідного потоків ЛЦ у напрямку, поперечному до швидкості вітру. Показано, що через таке розходження центри суміжних зустрічних валів зміщуються до спадного потоку. Дано оцінку граничної швидкості вітру, перевищення якої приводить до формування ЛЦ. На основі властивостей симетрії вихідної лінійної системи рівнянь обгрунтована інваріантність утворення ЛЦ від способу підігріву шару рідини. Описано несиметричний розподіл швидкості плину поверхневого шару рідини в ЛЦ у поперечному до швидкості вітру напрямку. Показано, що орієнтування wіnd-streaks відносно напрямку вітру обумовлене дією сили Коріоліса.

A theoretic model is proposed for description of the Langmuir circulations (LC) by the ordered set of convention cubical cells with free boundaries. It is shown that the flows typical of LC can be formed by the corresponding arranging of the convection cubic cells. The theoretical model is compared with the experimental data. The explanation of the LC peculiarities is offered. In particular, the reason for difference between the velocities of descending and ascending flows of LC in the direction transverse to the wind speed is clarified. Due to mentioned difference, the shift of centers of the adjacent counter rolls to the descending flow is shown. The estimation of threshold wind speed is given, which excess results in forming of the LC. The invariance of LC formation depending upon the way of liquid heating is substantiated on the basis of symmetry properties of the initial system of linear equations. A non-symmetric distribution of flow velocity of liquid surface layer in the LC in transverse to the wind speed direction is described. It is shown that wind-streaks orientation relatively to wind direction is caused by the effect of the Coriolis force.