1
УДК 551.465
Воздействие стратифицированного течения
на искусственные сооружения в морской среде
© И.Ю. Владимиров
1
, Н.Н. Корчагин
1
, А.С. Савин
2
1
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, 117997, Россия
2
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Аналитически и численно исследованы связанные с генерацией внутренних волн
силовые воздействия резко стратифицированного течения морской среды на эле-
менты различных конструкций. Получены интегральные представления для волно-
вого сопротивления и подъемной силы, влияющих на элементы конструкций как в
нижнем, так и в верхнем слое стратифицированного потока. Проведены числен-
ные расчеты для реальных морских течений. Выявлены условия, при которых гид-
родинамические воздействия на элементы конструкций достигают экстремаль-
ных значений.
Ключевые слова:
стратифицированный поток, волновое сопротивление, подъем-
ная сила, внутренние волны, подводное препятствие.
Введение.
На подводные элементы инженерных конструкций
(например, подводные трубопроводы), обтекаемые морским течени-
ем, действует горизонтальная сила вязкого сопротивления, пропор-
циональная квадрату скорости потока воды. Если окружающая среда
стратифицирована, обтекаемое потоком препятствие (трубопровод)
будет генерировать внутренние волны, вследствие чего на него будет
действовать дополнительное волновое сопротивление, которое может
стать весьма существенным.
Используемые в настоящей работе подходы к расчету подобных си-
ловых воздействий основаны на результатах работ авторов по исследо-
ванию генерации поверхностных возмущений, обусловленных обтека-
нием глубинных препятствий в стратифицированном потоке [1
−
3].
Постановка задачи и ее решение.
Рассматривается двухслой-
ный поток идеальной жидкости, ограниченный горизонтальным
дном, стационарно обтекающий трубопровод с круговым попереч-
ным сечением радиусом
.
R
Далее трубопровод моделируется точеч-
ным диполем с моментом
2
,
2
m VR
(1)
где
V
— скорость набегающего потока [4]. Обозначим толщину
верхнего слоя
,
H
нижнего —
1
H
, а плотности соответственно
1
и
2
1 2
).
(
Требуется определить гидродинамическую нагрузку,
испытываемую трубопроводом.