The principal possibility of tornadoes physical modeling in vitro without use of mechanical twisting devices has been shown. The results of experiments on studying related to opportunities of whirlwinds control are given. The offered and approved method of impact on whirlwinds (tornado), consisting in an arrangement of obstacles in the form of vertical grids in a way of vortex structures distribution, has been described. The method efficiency is verified in vitro by studying of specified obstacles influence on dynamics of the free non-stationary whirlwinds having structure, similar to real tornadoes. The main physical mechanisms related to impact on tornadoes of the offered passive and active method have been briefly considered.
atmospheric whirlwinds, tornadoes, physical modeling, protection method.
1. Введение
Можно однозначно сделать вывод о полной беспомощности современного человека в противостоянии стихии. Примеров этого достаточно, и они всем хорошо известны. Самыми распространенными проявлениями стихии можно считать ветры различной силы и вихревые атмосферные образования, характеризующиеся широким спектром пространственновременных масштабов. Несмотря на многочисленные попытки ученых из разных стран предложить различные способы воздействия на атмосферные вихри, к настоящему времени эффективные методы борьбы со стихией (ураганы, смерчи и т.п.) отсутствуют.
Воздушные смерчи в классическом понимании относятся к маловероятным событиям в среднем на территории России, однако их последствия могут быть весьма ощутимыми (рис. 1, 2, с.2 обложки). К сожалению, этого нельзя сказать об ураганах, также относящихся к вихревым атмосферным образованиям. Существует ряд регионов (например, Дальневосточный и Южный федеральные округа), в которых циклоническая активность крайне высока. Надо иметь в виду, что любые температурные аномалии (например, летом 2010 г.) приводят к резкому росту вероятности возникновения атмосферных вихрей различного масштаба и интенсивности. Помимо вихревых структур даже в Московском регионе 2–3 раза в год наблюдаются ветры штормовой, а в порывах – и ураганной силы, ведущие к негативным последствиям. Фактического материала здесь можно привести много.
Например, 20 октября 2010 г. в Московской области из-за сильного ветра, вызвавшего падение деревьев и обрыв линий электропередач, временно вышли из строя 300 трансформаторных подстанций.
Воздействие экстремальных ветровых нагрузок, зачастую имеющих вихревую природу, и собственно атмосферных вихрей на различные объекты использования атомной энергии (ОИАЭ) является одним из примеров, когда чрезвычайная ситуация природного характера может привести к техногенной катастрофе планетарного масштаба. Пример тому – недавние события в Японии. К настоящему времени имеется (изданное в НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России) руководство по оценке смерчеопасности территории при выборе площадок для строительства объектов атомной энергетики [1-3]. Но задача эффективной защиты ОИАЭ даже не ставилась.
Обеспечение защиты стратегически важных объектов, определяющих обороноспособность (аэродромы и т.п.) и энергетическую безопасность страны (АЭС, ТЭС, трансформаторные подстанции и т.п.), а также объектов социальной инфраструктуры (детские дошкольные учреждения, школы, больницы и т.п.) от ветровых нагрузок и атмосферных вихрей различной интенсивности представляется важной и актуальной задачей.
1. Rekomendatsii po otsenke kharakteristik smercha dlya ob''ektov ispol'zovaniya atomnoy energii. RB-022-01. Postanovlenie Gosatomnadzora Rossii №17. 28.12.2001 g.
2. Rekomendatsii po otsenke kharakteristik smercha dlya ob''ektov ispol'zovaniya atomnoy energii. RB-022-01. Vestnik Gosatomnadzora Rossii. - 2002. - №1. - S. 59-90.
3. Rekomendatsii po opredeleniyu raschetnykh kharakteristik smerchey pri razmeshchenii atomnykh stantsiy. RD 95 10444-91.
4. Alekseenko S.V., Kuybin P.A., Okulov V.L. Vvedenie v teoriyu kontsentrirovannykh vikhrey. - Moskva-Izhevsk: Institut komp'yuternykh issledovaniy, 2005. - 504 s.
5. Ward N.B. The exploration of certain features of tornado dynamics using laboratory model. J. Atmos. Sci. - 1972. - V. 29. - R. 1194-1204.
6. Haan F.L., Sarkar P.P., Gallus W.A. Design, construction, and performance of a large tornado simulator for wind engineering applications. Engineering Structures. - 2008. V.30. - P. 1146-1159.
7. Varaksin A.Yu., Romash M.E., Kopeytsev V.N., Taekin S.I. O vozmozhnosti fizicheskogo modelirovaniya vozdushnykh smerchey v laboratornykh usloviyakh. Teplofizika vysokikh temperatur. - 2008. - T. 46. - № 6. - S. 957-960.
8. Varaksin A.Y., Romash M.E., Kopeitsev V.N., Gorbachev M.A. Experimental study of wall-free non-stationary vortices generation due to air unstable stratification. Int. J. Heat Mass Transfer. - 2012. - V. 55. - P. 6567-6572.
9. Varaksin A.Yu., Romash M.E., Kopeytsev V.N., Taekin S.I. Parametry neustoychivoy stratifikatsii vozdukha, privodyashchey k generatsii svobodnykh vikhrey. Teplofizika vysokikh temperatur. - 2010. - T. 48. - № 2. - S. 269-273.
10. Varaksin A.Yu., Romash M.E., Kopeytsev V.N., Gorbachev M.A. Metod vozdeystviya na svobodnye nestatsionarnye vozdushnye vikhri. Teplofizika vysokikh temperatur. - 2012. - T. 50. - № 4. - S. 533-537.
11. Varaksin A.Y., Romash M.E., Kopeitsev V.N. Effect of net structures on wall-free non-stationary air heat vortices. Int. J. Heat Mass Transfer. - 2013. - V. 64. - P. 817-828.
