Предоставлено: Оксфордский университет.

«Большая часть нашего понимания обрушения волн основана на разработанных теориях и экспериментах, проведенных в двух измерениях, когда волны движутся в одном направлении», — объяснил ведущий автор доктор Марк Макаллистер, факультет инженерных наук Оксфордского университета. «Однако волнообразование в океане — это трехмерный процесс».

Чтобы установить различия между обрушением волн в двух измерениях и в трех измерениях, исследователи использовали резервуар с круговыми волнами в FloWave Ocean Energy Research в Эдинбургском университете, чтобы воспроизвести экстремальную трехмерную осесимметричную волну, пиковую волну.

Результаты исследования волнового резервуара показали, что поведение осесимметричного обрушения сильно отличается от обрушения, связанного с бегущими волнами.

Когда волны образовались, большая вертикальная струя воды вырвалась из гребня волны, прежде чем перейти в свободное падение и столкнуться с поверхностью воды внизу.

Предоставлено: Оксфордский университет.

Эксперименты показали, что, в отличие от бегущих волн, высота гребня шиповой волны ограничивается не началом обрушения, а устойчивостью струи.

Доктор Макаллистер сказал: «Это исследование выявило фундаментальные механизмы, с помощью которых сильно направленные и пересекающиеся волны могут стать намного больше, чем другие волны, ускоряясь вверх намного быстрее, чем гравитация, в течение короткого промежутка времени».

Новое исследование на три порядка больше, чем предыдущие эксперименты, показывает значительные последствия для безопасности на море. Как объясняет профессор Тон ван ден Бремер, специалист по инженерным наукам Оксфордского университета и Технологического университета Делфта, «шиповая волна — это идеализированный пример поведения, которое приводит к так называемому пересечению морей, когда волновые системы движутся в разных направлениях, поэтому опасны для судоходства и морских сооружений».

Понимание динамики шиповидной волны может в конечном итоге привести к прогрессу в области безопасности на море на основе улучшенных данных об ограничениях высоты волны и поведении при разрушении в экстремальных условиях.

Исследование, проведенное в сотрудничестве с учеными из Эдинбургского университета, Манчестерского университета, Шанхайского университета Цзяо Тонг и Делфтского технологического университета, является частью крупномасштабного исследования пересекающихся морей, которые могут создавать экстремальные трехмерные волны.

«Разрушение волн и образование струй на осесимметричных поверхностных гравитационных волнах », опубликовано в Journal of Fluid Mechanics.