由于熱量及鹽度分布不均等因素,海洋中存在著大范圍的密躍層。當(dāng)潛體航行于密躍層附近時(shí),其體積效應(yīng)和尾流效應(yīng)會(huì)激發(fā)產(chǎn)生內(nèi)波場(chǎng)。內(nèi)波場(chǎng)誘發(fā)的表面流會(huì)與海面背景微尺度波和張力波產(chǎn)生調(diào)制作用,改變流場(chǎng)的輻聚輻散強(qiáng)度,形成粗糙度不同的褶皺波紋。合成孔徑雷達(dá)(SAR)能夠精確捕捉海面粗糙度信號(hào),對(duì)潛體進(jìn)行探測(cè)。本文針對(duì)潛體在密度分層流中航行時(shí)的特殊水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,采用CFD方法研究其尾流場(chǎng)特征。首先以圓球?yàn)檠芯繉?duì)象,基于溫度異重流模型實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)密度的連續(xù)分層,采用LES方法對(duì)不同F(xiàn)roude數(shù)和Reynolds數(shù)組合下的圓球繞流進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,在低Froude數(shù)情況下,尾流場(chǎng)呈現(xiàn)出準(zhǔn)二維的流動(dòng)形式,在高Froude數(shù)情況下,尾流場(chǎng)的垂向運(yùn)動(dòng)變得明顯。數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在定性和定量上保持一致,驗(yàn)證了CFD方法在研究密度分層流中運(yùn)動(dòng)潛體尾流場(chǎng)時(shí)的可行性與準(zhǔn)確性。其次,在以上研究基礎(chǔ)上,將流體密度分層形式從連續(xù)分層改為更接近于實(shí)際情況的混合分層,采用LES方法研究運(yùn)動(dòng)圓球尾流場(chǎng),保持Froude數(shù)和Reynolds數(shù)不變,僅研究密度分層形式的改變對(duì)內(nèi)波場(chǎng)帶來(lái)的影響。結(jié)果表明,在低Froude數(shù)情況下,密度分層形式對(duì)尾流場(chǎng)水平運(yùn)動(dòng)的影響較大;在高Froude數(shù)情況下,密度分層形式對(duì)尾流場(chǎng)垂向運(yùn)動(dòng)的影響更大。再次,參考中國(guó)海域水文資料,構(gòu)建更貼近實(shí)際海洋環(huán)境的密度混合分層模型,采用RANS方法研究實(shí)尺度Suboff潛艇的航行尾流場(chǎng),基于體積分?jǐn)?shù)模型捕捉自由面流場(chǎng)特征,研究潛艇航速、潛深和躍層密度梯度對(duì)尾流場(chǎng)特征的影響。結(jié)果表明,自由面上會(huì)產(chǎn)生類似于Kelvin波的興波,潛艇尾部的密躍層會(huì)形成突變區(qū)域或隆起區(qū)域,同時(shí)潛艇航速和潛深對(duì)尾流場(chǎng)特征的影響相對(duì)于躍層密度梯度要大。最后,基于數(shù)值邊界造波法,結(jié)合波浪譜模擬真實(shí)海面環(huán)境,研究實(shí)尺度全附體Suboff潛艇定常運(yùn)動(dòng)時(shí)誘發(fā)表面流場(chǎng)與海面不規(guī)則波浪的調(diào)制作用,考慮表面張力和螺旋槳的影響,討論尾流場(chǎng)特征,分析自由面輻聚輻散強(qiáng)度及粗糙度的變化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.76
【部分圖文】：

圖 1.1 混合分層模型示意圖論和數(shù)值研究用的三種方法中，理論和數(shù)值研究對(duì)設(shè)備要求較小，許多研究人員都分層流問(wèn)題進(jìn)行研究。1887 年，開(kāi)爾文研究表明水面運(yùn)動(dòng)的壓力點(diǎn)

圖 1.1 混合分層模型示意圖論和數(shù)值研究用的三種方法中，理論和數(shù)值研究對(duì)設(shè)備要求較小，許多研究人員都分層流問(wèn)題進(jìn)行研究。1887 年，開(kāi)爾文研究表明水面運(yùn)動(dòng)的壓力點(diǎn)，波形呈 V 形，頂角為2 19 28 ，即常見(jiàn)的 Kelvin 船行波[7]，其示。

臨界Froude數(shù)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2883950