Образование капиллярно-гравитационных волн в потоке под воздействием системы состоящей из двух вихрей

Abstract

На основании метода, предложенного Келдышем, изучен случай образования волновых движений на поверхности идеальной однородной бесконечной жидкости, когда под поверхностью жидкости на конечной глубине помещен вихревой симметричный диполь. В рамках двумерной задачи рассматривалась плоская бегущая волна синусоидальной формы, в которой каждая ее частица будет двигаться по окружности, расположенной в вертикальной плоскости, то есть центр окружности будет совпадать с направлением распространения волны. В качестве источника возмущений выбран не одиночный вихрь, а волновой диполь. Получены два асимптотических решения для профиля волны на свободной поверхности: профиль капиллярно-гравитационных волн до источника возмущений, где ключевую роль в формировании волновых возмущений играет поверхностное натяжение; профиль капиллярно-гравитационных волн после источника возмущений, при формировании которого доминирующей является сила тяжести. Показано, что при разложении асимптотических решений в ряд Тейлора для профиля волны на свободной поверхности, для капиллярно-гравитационных волн характерны следующие закономерности: при сравнительно небольших расстояниях от источника возмущений профиль волны фактически линейный, приближения не вносят существенного влияния, то есть волна стремиться к предельной форме; но, по мере удаления от волнового диполя начинает формироваться синусоидальный профиль волны. На формирование профиля волны оказывает влияение изменение глубины источника возмущения. Так, например, при уменьшении h в капиллярно-гравитационной волне преобладает капиллярная составляющая, а при увеличении h более весомый вклад вносит гравитационная составляющая. Capillary-gravity waves significantly change the general circulation of the water surface of the World Ocean: attenuation and collapse of longer waves, gas exchange and mixing in the upper layer, kinematics of surface suspensions, and, therefore, require additional study. In the framework of a twodimensional problem, the paper considers surface capillary-gravity waves without taking into account wind effects, but taking into account the isobaric approximation. The approach proposed by Keldysh is chosen as a quantitative basis. The object of perturbation located at a finite depth is a vortex dipole with constant curl. Two asymptotic solutions were obtained on the basis of analytical calculations: the first solution describes the profile of capillary-gravity waves located behind the vortex dipole; the second solution is the profile of capillary-gravity waves in front of the perturbation source. It is shown that the capillary component of the wave dominates in the formation of waves in front of the perturbation source, and the gravitational component dominates behind the obstacle. The relations between isobaric and barotropic effects on the free surface are qualitatively analyzed. The case for the gravitational component is considered; for this purpose, the technique of representing the wave profile using a Taylor polynomial was used