254 . ‹ ° ° Глава 6 Анализ соответствующих систем уравнений и граничных ус- ловий показывает, что при соблюдении критериев подобия в лабо- раторных опытах невозможно воспроизвести природные явления во всей их полноте и многообразии, однако отдельные выбранные явления могут быть исследованы весьма подробно. В силу непол- ноты моделирования перенос полученных результатов на природ- ные системы представляет большие трудности. Тем не менее, дан- ные лабораторных экспериментов оказываются весьма полезными и в количественном и в качественном отношении. Более того, только лабораторный эксперимент позволяет в настоящее время отвечать на вопрос, как искажает данный метод (прибор) изучае- мый процесс, какие параметры он позволяет измерять и в какой степени они являются представимыми. Определяющими в природных средах являются две внешние силы — сила тяжести и кориолисова сила, обусловленная глобаль- ным или локальным вращением. Поскольку в природных процессах они проявляются по-разному, их влияние моделируется в различных. установках — стратифицированных неподвижных бассейнах и бас- сейнах, установленных на вращающихся платформах, некоторые из которых имеют достаточно большие размеры. Начали появляться и комбинированные установки, в которых стратифицированный бас- сейн располагается на вращающемся столе. В Лаборатории механи- ки жидкостей Института проблем механики (ИПМ) РАН основное внимание уделяется изучению влияния сил плавучести на процессы в водной толще. В последнее время в Лаборатории механики жидко- стей начаты работы по введению в строй лабораторной установки для моделирования движений в стратифицированных средах с уче- том эффекта вращения. Эффекгы плавучести изучаются в лабораторных бассейнах © покоящейся жидкостью и в лабораторных каналах с послойной про- качкой непрерывно или послойно страгифшшровагшои среды. При моделировании полный набор стандартных условий геометрическо- го, кинематического и динамического подобия является внутренне противоречивым и может быть удовлетворен только частично. В ка- честве основного безразмерного параметра обычно выбирается только внутреннее число Фруда, т.е. основным масштабом является длина присоединенных внутренних волн, влияние кинетических ко- эффициентов не анализируется. Соответственно и методика опытов не предусматривает возможность разрешения наиболее тонкострук- турных элементов течения. В соответствии с уравнением состояния многокомпонетных сред стратификация может создаваться и поддерживаться за счет СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЛИМНОЛОГИИ 255 соответствующего распределения температуры или концентрации растворенных или взвешенных веществ. Поскольку коэффициент диффузии соли на два порядка меньше коэффициента температу- ропроводности, солевую стратификацию проще создавать, под- держивать и восстанавливать. Скорость диффузии поваренной соли — основного стратифицирующего вещества — составляет около одного сантиметра в день, так что. стратификация в стан- дартном лабораторном бассейне ‚существует несколько месяцев. Для поддержания температурной стратификации теплообменные элементы должны работать непрерывно. Теплообменные элемен- ты загромождают рабочий объем, не позволяют применяТь рас- пространенные оптические методы визуализации, В этой связи в установках ИПМ РАН используется солевая стратификация. _ Раствор поваренной соли обладает стабильными свойствами, его вязкость слабо зависит от концентрации. Раствор является про- зрачным при всех концентрациях, что важно для применения рас- пространенных оптических методов визуализации. Его максималь- ная плотность (1,200 г/см? ) позволяет создавать достаточно устой- чивые распределения с периодом плавучести до 3 с. Линейная связь между плотностью и коэффициентом оптического преломле- ния облегчает интерпретацию результатов оптических измерений. Его недостатком является высокая агрессивность, что заставляет изготавливать контактирующие с ним части установок из пласт- масс, оптического стекла или нержавеющих сталей. Особенностью комплекса лабораторных установок Института проблем механики РАН является полнота экспериментальных оп- тических, акустических и зондовых методов и возможность изу- чать одно и то же явление в различных масштабах. В лаборатории реализованы практически все распространенные методы: измере- ний и визуализации стратифицированных течений. В Лаборатории механики жидкостей имеется установка для изучения тонкой стру- ктуры конвективных течений, лабораторный передвижной бассейн, пабора'юрный волновой канал и Болышой лабораторный, измери- тельный комплекс, размеры которого составляют 7 х 1,2 х 12 м. Комплекс оборудован современной вычислительной техникой на базе Т1ВМ РС. Совместное применение разнообразных методов оптической визуализации, эхолокации, микроконтактных преобра- зователей удельной электропроводности, температуры и скорости звука позволяет получать уникальные результаты, включая изме- рения пространственно-временной структуры поля внутренних волн, спутных течений, дискретных вихрей и вихревых систем.