Экспериментальное и численное моделирование затухания поверхностных волн на фрагментированном льду.

Как известно, лед на начальном этапе своего формирования, может представлять собой достаточно разнообразные формы, например, такие как: ледяное сало, снежура, блинчатый лед и другие. Перечисленные выше начальные формы льда (НФЛ) приводят к затуханию волн на морской поверхности и, соответственно, влияют на интенсивность микроволнового рассеяния на морской поверхности. В результате, идентификация участков поверхности, покрытой НФЛ и находящихся в области между сплоченным льдом и открытыми акваториями, становится затруднительным. Другой аспект проблемы затухания ветровых волн в присутствии льда на начальных стадиях образования, заключается в том, что области сильного затухания волн в присутствии НФЛ могут быть ошибочно интерпретированы на радиолокационных панорамах моря как поверхностные, в частности нефтяные, загрязнения. Механизмы затухания поверхностных волн в присутствии НФЛ пока изучены недостаточно, включая, в частности, связь эффективной вязкости ледяного сала с объемной концентрацией частиц льда, зависимость затухания от размеров льдин, особенно при сопоставимости этих размеров с длиной поверхностной волны и пр. Цель данной работы – исследование процесса затухания поверхностных волн в присутствии льдин, с целью дальнейшего развития физических моделей затухания волн.
В работе представлены результаты натурных экспериментов по моделированию затухания ветровых волн в присутствии имитаторов льдин. В качестве имитаторов использовались деревянные пластинки, размещенные на тонкой капроновой сетке, которые образовывали на водной поверхности область “льда” с размерами порядка 5мх1.5м. Измерения характеристик ветровых волн выполнялись с использованием системы установленных на пластинках автономных миниатюрных акселерометров, которые позволяли исследовать спектр волнения и его трансформацию по мере распространения ветровых волн в области “льда”. Получены зависимости коэффициента затухания ветровых волн от их частоты. Один из наиболее интересных результатов - наличие локального максимума коэффициента затухания ветровых волн, длина которых примерно в два раза превышает размер льдин. Проведены расчеты затухания поверхностных волн с использованием пакета для численного моделирования задач механики сплошных сред «OpenFoam», проведено сравнение результатов численного моделирования с натурными экспериментами.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 20-05-00561), Министерства науки Российской Федерации (проект Госзадание 0030-2021-0006), а также РГО (проект №17_2022-Р)