Wave damping and momentum transfer. Manifestation of momentum transfer in case of ocean surface waves being damped by an elastic film or a viscous layer

Abstract

Virkninga av å ha et bølgedempende overflatemateriale i ei havoverflate er studert, med særlig vekt på betydninga av strålingstrykket (-stresset) eller bølgetrykket fra et innfallende, udempet bølgefelt. Det er et teoretisk studium av den dynamiske prosess som foregår når udempede overflatebølger propagerer inn i et område med bølgedempende overflatesjikt, i lys av det bølgetrykk bølgene øver på dette sjiktet. En hydrodynamisk modell som beskriver prosessen er utviklet. Perturbasjonsteori og ikke-lineær analyse er anvendt for å løse de grunnleggende bevaringsligningene for moment (Navier-Stokes' ligninger) og masse, innenfor en væskebeskrivelse hvor man "følger med i" bevegelsen til de enkelte væskepartikler (Lagrange-beskrivelse) - til forskjell fra den mer vanlige feltbeskrivelse av væskebevegelse (Euler-beskrivelse). Modellen er anvendt på to typer overflatemateriale: i) Mono-molekylær oljefilm, hvor tangentialstresset i filmen er viktig, og ii) et overflatelag av is-sørpe, hvor den økte viskositeten er avgjørende. En del dynamiske implikasjoner er utledet ved hjelp av analytiske beregninger: I tilfellet oljefilm vil det oppstå et midlere tangentielt overflatestress i filmen, og det er vist at dette kan uttrykkes ved en formel som er meget lett å interpretere fysisk. For is-sørpe viser beregningene at det vil oppstå sirkulasjon i sørpa, noe som også er påvist eksperimentelt av andre tidligere. Omfattende og tidkrevende analytiske beregninger har vært nødvendig. Det viste seg etter hvert at de svært uoversiktlige uttrykk som inngår, lar seg skrive på en meget kompakt og symmetrisk form som gjør framstillinga "lesbar". Resultatene er videre forenlige med resultater fra mye enklere og intuitive modeller, noe som bekrefter gyldigheten av de enkle modellene. Dette er viktig med tanke på anvendelser.