海洋分层流中潜航体热尾流扩散特征分析

发布时间：2021-04-06 19:03

　　为了给水下潜航体的动力装置降温,海水被源源不断地用作冷却水,当冷却水以一定的速度被排出后,与周围的背景海水相互混掺换热便会形成热尾流。由于受热海水温度较高,则密度相应较小,于是在扩散过程中将逐渐向上浮升,若其浮升至海表面则会形成热尾迹。另外,由于阳光的照射,海水温度一般存在稳定的垂向层结,当潜航体在水下运动时会扰动海水的稳定分层而激发内波,使下层温度较低的海水传至海表面形成冷尾迹。红外探测仪对温差捕捉具有极高的灵敏度和精度,可以通过对冷热尾迹的实时成像进行水下潜航体的探测。本文针对热尾流的浮升扩散和流场的温度变化做了以下研究:首先,以简化的Suboff光顺艇体模型为研究对象,在控制潜航体单位时间内排出的冷却水热量一定的情况下,划分了多种不同排水口布列、排水口截面积、冷却水温度和冷却水排放速度的组合工况,应用CFD技术,采用RANS湍流计算方法,对均匀流中热尾流的扩散进行了数值模拟。结果表明,温度较高的热尾流在扩散过程中会与周围海水进行热的传导和对流,其温度会随着时间逐渐衰减,且冷却水的温差相比于流量而言对热尾流的浮升扩散和温度衰减的影响更大。其次,在以上研究的基础上,参考了中国海和各大... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

潜艇核动力装置结构示意图

哈尔滨工程大学硕士学位论文??尾迹越长、热尾流扩散范围越宽，且热浮点的相对距离几乎与速度成对数关系，其数值??模拟结果与采用温度传感器和红外热像仪所做的实验结果相一致。??吴猛猛［２３＿２５］应用了?ＶＯＦ多相流模型，研究了二维温度均勻和线性分层流场中冷却??水排放过程中不同时间下水表面温度、密度等特征参数的变化，以及潜艇的潜深和航速??对自由海表面温度纵向分布的影响。数值计算结果与以美国洛杉矶号潜艇缩小模型在拖??曳水池进行的排放热水实验比对基本一致，阐明了潜深对热尾流产生的海表面温度特征??影响显著，且温度分层环境下由于冷热水团掺混导致了自由表面冷热尾迹交替。同时指??出水下运动潜航体热尾流的浮升及其水面扩散过程分成浮升阶段、掺混阶段和扩散阶段??三个阶段，示意图如图１．３所示。??

１?１?５０?１?０．５６?１??２?１?５０?０．５?０．３９６?２??３?１?２０?１．２５?０．６２６?２??４?１?２０?０．５?０．３９６?５??５?３?２０?１．２５?０．３６１?２??计算模型选取简化的美国国防先进技术研究署ＤＡＲＰＡ所设计的Ｓｕｂｏｆｆ光顺艇体??模型，它的长度为４．３５５９ｍ，最大半径为０．２５４ｍ。由于Ｓｕｂｏｆｆ模型尺寸与实尺度的潜??艇大约相差２０倍，因此，在本论文的研究过程中模型的冷却水排水口半径将按照表３．１??中的值缩小２０倍进行数值模拟。图３．１为带一个排水口的潜航体模型的三维示意图，??排水口中心线位于艇体中心线下方０．２２ｍ处；图３．２为对应于方案５的带三个排水口的??潜航体模型的三维示意图，排水口的中心线分别位于距艇体中心线下方和水平两侧的??０．２２ｍ处，排水口与艇体头端水平距离３．８４ｍ。??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3121960