Научное издание, Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2011. — 344 с. — ISBN
978-5-9221-1249-9.
Тираж 100 экз. Книга посвящена фундаментальным проблемам изучения свободных концентрированных вихрей. Рассмотрены возможности математического моделирования воздушных смерчей (торнадо). Впервые в отечественной и мировой практике ставится и решается задача физического (лабораторного) моделирования воздушных смерчей без использования механических закручивающих устройств. Рассмотрены вопросы генерации и устойчивости свободных вихрей, а также методы управления их характеристиками. Описаны возможности воздействия на вихревые атмосферные образования различных масштабов.
Для научных работников, занимающихся исследованиями гидродинамики и тепломассообмена вихревых потоков, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений. Оглавление
Предисловие
Основные условные обозначения Вводная
Предварительные замечания
Основные определения
Ветры
Шкала скорости (силы) ветра Бофорта.
Ураганы
Шкала ураганов Саффира–Симпсона.
Сезон ураганов 2005 г.
Ураган Катрина
Ураганные смерчи.
Смерчи
Шкала торнадо Фуджиты
Расширенная шкала торнадо
Некоторые выводы Краткие сведения о циклонах (антициклонах)
Предварительные замечания
Атмосфера Земли
Состав и строение атмосферы
Поле атмосферного давления
Вертикальное равновесие атмосферы
Фронтальные зоны
Атмосферные фронты
Погода при прохождении фронтов
Свойства циклонов (антициклонов)
Стадии развития
Особенности движения воздуха
Частота и места возникновения
Характерные величины давления
Природные явления, сопутствующие циклонам (антициклонам)
Атмосферные осадки в системе циклонов
Ураганные ветры в системе циклонов (антициклонов)
Перенос тепла (холода) внетропическими циклонами
Основные механизмы переноса тепла (холода)
Влияние вихрей на перенос тепла океаническими течениями
Тропические циклоны Краткие сведения о смерчах
Предварительные замечания
Смерчевые облака
Общая характеристика
Форма и размеры
Внутреннее строение
Горизонтальные смерчевые облака
Башенные смерчевые облака
Строение смерча
Воронка
Каскад
Формы смерчей
Плотные смерчи
Расплывчатые смерчи
Группы смерчей
Свойства смерчей
Стадии развития
Скорость перемещения, время жизни и длина пути
Размеры и масса
Частота и места возникновения
Виды смерчей и вихрей
Невидимые смерчи и вихри
Пыльные смерчи и вихри
Водяные смерчи и вихри
Огненные смерчи и вихри
Снежные смерчи и вихри
Краткое описание наиболее известных смерчей
Россия
Западная Европа
Соединенные Штаты Америки
Изучение торнадо и возможности защиты
Исследования и прогнозирование торнадо
Ущерб от торнадо
Защита от торнадо Основы теории вихревого движения
Предварительные замечания
Системы координат
Некоторые определения
Линия тока
Элементарная струйка. Трубка тока
Вихревая линия
Вихревой шнур. Вихревая трубка
Характеристики вихревых течений
Азимутальная (тангенциальная) скорость
Параметр закрутки
Завихренность. Угловая скорость
Циркуляция
Число Россби
Элементарные сведения о вихрях
Свободный (потенциальный) вихрь
Вынужденный вихрь (твердотельное вращение)
Комбинированный вихрь (вихрь Рэнкина)
Основные уравнения
Уравнение неразрывности
Уравнение Навье– Стокса
Уравнение завихренности
Элементы гидростатики
Равновесие капельной жидкости во вращающемся сосуде
Равновесие газов. Сухоадиабатический градиент
Сила Кориолиса и ее влияние на движение материальной точки
Причина возникновения силы Кориолиса
Влияние силы Кориолиса на вертикальное движение
Влияние силы Кориолиса на движение в горизонтальной плоскости Математическое моделирование смерчей
Предварительные замечания
Простая аналитическая модель
Простейшее решение для торнадо
Точное решение для торнадо
Стратифицированное торнадо
Анализ вихревой неустойчивости
Вывод уравнения завихренности
Анализ уравнения завихренности
Результаты расчетов
Аналитическое решение уравнений Навье–Стокса
Обобщенное решение для вихревого стока
Использование решения для анализа торнадо
Моделирование восходящего закрученного потока
Формирование восходящего закрученного потока
Система уравнений с учетом силы Кориолиса
Возникновение закрутки в придонной части восходящего потока
Стационарное течение в придонной части восходящего потока
Численное моделирование торнадо Физическое моделирование смерчей
Предварительные замечания
Экспериментальная установка
Описание установки
Тепловые режимы
Результаты.
Подстилающая поверхность (распределение температуры)
Воздух (распределение температуры)
Обобщение данных (числа Рэлея)
Интегральные параметры вихревых структур
Динамика вихревых структур
Следы вихревых структур
Визуализация воронки вихря
Параметр закрутки. Число Россби
Поля мгновенных скоростей Новый метод борьбы со смерчами
Предварительные замечания
Краткие сведения о методах борьбы
Экспериментальная установка
Результаты
Взаимодействие с вертикальными сетками (статистика)
Взаимодействие с вертикальными сетками (динамика)
Взаимодействие с мелкими вертикальными сетками
Взаимодействие с горизонтальными сетками
Сравнительный анализ эффективности
Новый пассивно-активный метод защиты
Физические основы воздействия на торнадо и преимущества метода
Верификация метода Приложения
Оценка смерчеопасности территории
Каталог смерчей на территории бывшего СССР
Каталог смерчей на территории Российской Федерации за период 1987–2001 гг.
Заключение
Список литературы
Тираж 100 экз. Книга посвящена фундаментальным проблемам изучения свободных концентрированных вихрей. Рассмотрены возможности математического моделирования воздушных смерчей (торнадо). Впервые в отечественной и мировой практике ставится и решается задача физического (лабораторного) моделирования воздушных смерчей без использования механических закручивающих устройств. Рассмотрены вопросы генерации и устойчивости свободных вихрей, а также методы управления их характеристиками. Описаны возможности воздействия на вихревые атмосферные образования различных масштабов.
Для научных работников, занимающихся исследованиями гидродинамики и тепломассообмена вихревых потоков, а также преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений. Оглавление
Предисловие
Основные условные обозначения Вводная
Предварительные замечания
Основные определения
Ветры
Шкала скорости (силы) ветра Бофорта.
Ураганы
Шкала ураганов Саффира–Симпсона.
Сезон ураганов 2005 г.
Ураган Катрина
Ураганные смерчи.
Смерчи
Шкала торнадо Фуджиты
Расширенная шкала торнадо
Некоторые выводы Краткие сведения о циклонах (антициклонах)
Предварительные замечания
Атмосфера Земли
Состав и строение атмосферы
Поле атмосферного давления
Вертикальное равновесие атмосферы
Фронтальные зоны
Атмосферные фронты
Погода при прохождении фронтов
Свойства циклонов (антициклонов)
Стадии развития
Особенности движения воздуха
Частота и места возникновения
Характерные величины давления
Природные явления, сопутствующие циклонам (антициклонам)
Атмосферные осадки в системе циклонов
Ураганные ветры в системе циклонов (антициклонов)
Перенос тепла (холода) внетропическими циклонами
Основные механизмы переноса тепла (холода)
Влияние вихрей на перенос тепла океаническими течениями
Тропические циклоны Краткие сведения о смерчах
Предварительные замечания
Смерчевые облака
Общая характеристика
Форма и размеры
Внутреннее строение
Горизонтальные смерчевые облака
Башенные смерчевые облака
Строение смерча
Воронка
Каскад
Формы смерчей
Плотные смерчи
Расплывчатые смерчи
Группы смерчей
Свойства смерчей
Стадии развития
Скорость перемещения, время жизни и длина пути
Размеры и масса
Частота и места возникновения
Виды смерчей и вихрей
Невидимые смерчи и вихри
Пыльные смерчи и вихри
Водяные смерчи и вихри
Огненные смерчи и вихри
Снежные смерчи и вихри
Краткое описание наиболее известных смерчей
Россия
Западная Европа
Соединенные Штаты Америки
Изучение торнадо и возможности защиты
Исследования и прогнозирование торнадо
Ущерб от торнадо
Защита от торнадо Основы теории вихревого движения
Предварительные замечания
Системы координат
Некоторые определения
Линия тока
Элементарная струйка. Трубка тока
Вихревая линия
Вихревой шнур. Вихревая трубка
Характеристики вихревых течений
Азимутальная (тангенциальная) скорость
Параметр закрутки
Завихренность. Угловая скорость
Циркуляция
Число Россби
Элементарные сведения о вихрях
Свободный (потенциальный) вихрь
Вынужденный вихрь (твердотельное вращение)
Комбинированный вихрь (вихрь Рэнкина)
Основные уравнения
Уравнение неразрывности
Уравнение Навье– Стокса
Уравнение завихренности
Элементы гидростатики
Равновесие капельной жидкости во вращающемся сосуде
Равновесие газов. Сухоадиабатический градиент
Сила Кориолиса и ее влияние на движение материальной точки
Причина возникновения силы Кориолиса
Влияние силы Кориолиса на вертикальное движение
Влияние силы Кориолиса на движение в горизонтальной плоскости Математическое моделирование смерчей
Предварительные замечания
Простая аналитическая модель
Простейшее решение для торнадо
Точное решение для торнадо
Стратифицированное торнадо
Анализ вихревой неустойчивости
Вывод уравнения завихренности
Анализ уравнения завихренности
Результаты расчетов
Аналитическое решение уравнений Навье–Стокса
Обобщенное решение для вихревого стока
Использование решения для анализа торнадо
Моделирование восходящего закрученного потока
Формирование восходящего закрученного потока
Система уравнений с учетом силы Кориолиса
Возникновение закрутки в придонной части восходящего потока
Стационарное течение в придонной части восходящего потока
Численное моделирование торнадо Физическое моделирование смерчей
Предварительные замечания
Экспериментальная установка
Описание установки
Тепловые режимы
Результаты.
Подстилающая поверхность (распределение температуры)
Воздух (распределение температуры)
Обобщение данных (числа Рэлея)
Интегральные параметры вихревых структур
Динамика вихревых структур
Следы вихревых структур
Визуализация воронки вихря
Параметр закрутки. Число Россби
Поля мгновенных скоростей Новый метод борьбы со смерчами
Предварительные замечания
Краткие сведения о методах борьбы
Экспериментальная установка
Результаты
Взаимодействие с вертикальными сетками (статистика)
Взаимодействие с вертикальными сетками (динамика)
Взаимодействие с мелкими вертикальными сетками
Взаимодействие с горизонтальными сетками
Сравнительный анализ эффективности
Новый пассивно-активный метод защиты
Физические основы воздействия на торнадо и преимущества метода
Верификация метода Приложения
Оценка смерчеопасности территории
Каталог смерчей на территории бывшего СССР
Каталог смерчей на территории Российской Федерации за период 1987–2001 гг.
Заключение
Список литературы