密度分层流中运动潜体尾流场特征研究

发布时间：2020-11-14 21:04

　　 由于热量及盐度分布不均等因素,海洋中存在着大范围的密跃层。当潜体航行于密跃层附近时,其体积效应和尾流效应会激发产生内波场。内波场诱发的表面流会与海面背景微尺度波和张力波产生调制作用,改变流场的辐聚辐散强度,形成粗糙度不同的褶皱波纹。合成孔径雷达(SAR)能够精确捕捉海面粗糙度信号,对潜体进行探测。本文针对潜体在密度分层流中航行时的特殊水动力学问题,采用CFD方法研究其尾流场特征。首先以圆球为研究对象,基于温度异重流模型实现流场密度的连续分层,采用LES方法对不同Froude数和Reynolds数组合下的圆球绕流进行数值模拟。结果表明,在低Froude数情况下,尾流场呈现出准二维的流动形式,在高Froude数情况下,尾流场的垂向运动变得明显。数值结果和实验结果在定性和定量上保持一致,验证了CFD方法在研究密度分层流中运动潜体尾流场时的可行性与准确性。其次,在以上研究基础上,将流体密度分层形式从连续分层改为更接近于实际情况的混合分层,采用LES方法研究运动圆球尾流场,保持Froude数和Reynolds数不变,仅研究密度分层形式的改变对内波场带来的影响。结果表明,在低Froude数情况下,密度分层形式对尾流场水平运动的影响较大;在高Froude数情况下,密度分层形式对尾流场垂向运动的影响更大。再次,参考中国海域水文资料,构建更贴近实际海洋环境的密度混合分层模型,采用RANS方法研究实尺度Suboff潜艇的航行尾流场,基于体积分数模型捕捉自由面流场特征,研究潜艇航速、潜深和跃层密度梯度对尾流场特征的影响。结果表明,自由面上会产生类似于Kelvin波的兴波,潜艇尾部的密跃层会形成突变区域或隆起区域,同时潜艇航速和潜深对尾流场特征的影响相对于跃层密度梯度要大。最后,基于数值边界造波法,结合波浪谱模拟真实海面环境,研究实尺度全附体Suboff潜艇定常运动时诱发表面流场与海面不规则波浪的调制作用,考虑表面张力和螺旋桨的影响,讨论尾流场特征,分析自由面辐聚辐散强度及粗糙度的变化。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.76
【部分图文】：

图 1.1 混合分层模型示意图论和数值研究用的三种方法中，理论和数值研究对设备要求较小，许多研究人员都分层流问题进行研究。1887 年，开尔文研究表明水面运动的压力点

图 1.1 混合分层模型示意图论和数值研究用的三种方法中，理论和数值研究对设备要求较小，许多研究人员都分层流问题进行研究。1887 年，开尔文研究表明水面运动的压力点，波形呈 V 形，顶角为2 19 28 ，即常见的 Kelvin 船行波[7]，其示。

临界Froude数
【参考文献】

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本文编号：2883950