ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
В настоящее время исследование сложных вихревых процессов является актуальной темой: хаотические вихревые движения встречаются как в газах и жидкостях (тайфуны и торнадо, вихри Россби [1] на поверхности океана), так и в плазме. Одним из методов исследования подобных движений является вейвлет-анализ. Так в [2, 3] с использованием вейвлет-анализа исследована плазменная турбулентность в стеллараторах TJ-II и Л-2М. В качестве базисных вейвлетов чаще всего используются «мексиканская шляпа», функции Морле и Хаара [4]. Вихревые движения в плазме хорошо описываются при помощи вейвлета Морле. Однако нами показано [5], что при резком изменении характеристик процессов использование вейвлета Хаара может дать существенно лучшие физические результаты, нежели применение функции Морле. Еще один вид движения, характеризующийся резким изменением скорости и давления, - интенсивные атмосферные вихри, особенно торнадо. В данном проекте планируется провести обработку данных скорости и давления и их временной эволюции в атмосферных вихрях. С этой целью будут применяться методы спектрального и биспектрального вейвлет-анализа, а также будет разработано программное обеспечение, позволяющее осуществить вейвлет-анализ данных. Обработка экспериментальных данных имеет особое значение, поскольку общепризнанной теоретической модели торнадо на сегодняшний день не существует. В нашем распоряжении имеются временные выборки стохастических сигналов для плазменной турбулентности с дрейфовыми вихревыми структурами, которые экспериментально измеряются в тороидальной плазменной установке стелларатор Л-2М. Ранее было показано, что дрейфовая плазменная турбулентность по своим характеристикам подобна вихревой гидродинамической иди аэродинамической турбулентности (на мелкой воде [1]). Поэтому возможна отладка разработанного программного обеспечения на таких выборках
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Применение вейвлет-анализа для исследования вихревых стохастических процессов с резкими скачками физических параметров |
Результаты этапа: Предложена методика одновременного исследования вихревых стохастических процессов различной природы с резкими скачками физических параметров: явлений в плазме стелларатора Л-2М – установки, предназначенной для удержания плазмы посредством внешнего магнитного поля, – и интенсивных атмосферных вихрей: тайфунов (тропических ураганов) и торнадо (смерчей). Разработано программное обеспечение на языке MATLAB для исследования флуктуаций параметров этих процессов. Создан программный комплекс для обработки экспериментальных данных и вейвлет-анализа плазменных и атмосферных стохастических сигналов. Методами вейвлет-анализа исследованы частотно-временные закономерности флуктуаций потенциала плазмы и колебаний атмосферного давления в тайфунах и торнадо. Построены вейвлет-спектры турбулентности в плазменных и атмосферных процессах методом непрерывного вейвлет-преобразования с использованием функции Хаара. Показано, что в ядре тайфуна или торнадо наблюдается существенное падение атмосферного давления по сравнению с окружающим потоком. Получены оценки продолжительности скачка давления в интенсивных атмосферных вихрях. Длительность этого скачка существенно меньше времени жизни вихря. Для торнадо с продолжительностью не более 10 минут атмосферное давление вблизи оси падает за времена порядка 1 – 5 с; в тайфуне длительности 2 суток продолжительность скачка давления составляет несколько часов. Кроме того, в торнадо (несмотря на меньшие пространственные размеры) скачок давления и амплитуды его флуктуаций больше, чем в тайфунах, поскольку скорость вращения в торнадо существенно выше. Колебания атмосферного давления резко усиливаются как в ядре атмосферного вихря (что было ожидаемо), так и на его периферии. При этом вблизи оси тайфуна или торнадо преобладают более высокочастотные колебания. Исследована вихревая турбулентность в плазме как в стационарном, так и нестационарном режимах. Для нестационарных плазменных сигналов с резкими скачками параметров также получены оценки длительности скачков (порядка 0.1 мс). Показано, что усиление или ослабление флуктуаций потенциала возможно не только при переменной, но и постоянной мощности нагрева в стеллараторе Л-2М. Также установлена синхронность изменения амплитуды флуктуаций потенциала плазмы для различных участков частотного спектра. Результаты опубликованы в сборниках трудов научных конференций. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Применение вейвлет-анализа для исследования вихревых стохастических процессов с резкими скачками физических параметров |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".