【摘要】： 本論文采用理論、PIV實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模式初步探討了分層流體中水平勻速運(yùn)動(dòng)源(小球)生成內(nèi)波的表面特征,包括速度場(chǎng)、速度分量場(chǎng)、梯度場(chǎng)、散度場(chǎng)、旋度場(chǎng)、能量場(chǎng)以及實(shí)驗(yàn)室條件下的表面SAR影像,為基于內(nèi)波水動(dòng)力原理的非聲學(xué)探測(cè)潛艇提供一些科學(xué)依據(jù)。 論文的主要工作及成果如下: 理論部分:(1)對(duì)比了Miles(1971)的經(jīng)典理論跟Xu和Sturova(2006)的水平運(yùn)動(dòng)源產(chǎn)生內(nèi)波的線性理論,經(jīng)過(guò)推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)理論的基本方程、邊界條件、描述運(yùn)動(dòng)偶極子的方程都相同。(2)Xu和Sturova(2006)給出卵形體生成內(nèi)波的波場(chǎng)解,本文根據(jù)其思路得到小球生成內(nèi)波的波場(chǎng)解。(3)將袁業(yè)立(1997)的SAR成像理論在實(shí)驗(yàn)室下進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到實(shí)驗(yàn)室條件下的SAR影像公式。 實(shí)驗(yàn)部分:運(yùn)用中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的PIV實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到高分辨率表面流場(chǎng);重點(diǎn)研究了分層流體中水平運(yùn)動(dòng)小球生成的內(nèi)波對(duì)表面流場(chǎng)的影響。運(yùn)用PIV技術(shù)獲得表面波致流場(chǎng)的數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析了水平運(yùn)動(dòng)小球生成內(nèi)波的表面特征,根據(jù)小球的不同垂向位置,初步得到以下結(jié)論。當(dāng)小球位于躍層中心水平勻速運(yùn)動(dòng)時(shí), (1)表層流場(chǎng)近乎無(wú)旋。 (2)速度場(chǎng)、梯度分量場(chǎng)、能量場(chǎng)、散度場(chǎng)的峰線的分布均有類似于Kelvin波峰線的形狀。 (3)從散度場(chǎng)上僅看到散波,沒(méi)有看到橫波。 (4)輻散的角度與內(nèi)Froude數(shù)存在單峰關(guān)系。 (5)輻散的強(qiáng)度與內(nèi)Froude數(shù)存在雙峰結(jié)構(gòu)。 (6)首次給出了實(shí)驗(yàn)室條件下SAR影像的系綜結(jié)果。當(dāng)小球位于躍層上、下以相近地速度運(yùn)動(dòng)時(shí),躍層下SAR影像的V形角明顯大于躍層上的情形。 當(dāng)小球位于線性分層流體中時(shí),探討得到的結(jié)論有: (1)SAR影像受風(fēng)向的影響。 (2)層化流體中,首次看到SAR影像是又窄又亮的V形。均勻流體中,則觀測(cè)不到。 數(shù)值部分:根據(jù)Xu和Sturova(2006)的線性模型及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值模式,對(duì)模式進(jìn)行了修改,將源匯系統(tǒng)改為偶極子系統(tǒng),得到實(shí)驗(yàn)室條件下水平運(yùn)動(dòng)小球生成內(nèi)波的線性模型;重復(fù)實(shí)驗(yàn)上數(shù)據(jù)處理的方法及所討論的物理量,最后在實(shí)驗(yàn)參數(shù)完成相同情況下,數(shù)值模式得到的SAR影像跟實(shí)驗(yàn)室條件下的SAR影像做了比較。得到的結(jié)果如下: (1)數(shù)值實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)小球在躍層上運(yùn)動(dòng)時(shí)得到的速度場(chǎng)、梯度分量、散度場(chǎng)、SAR影像與在躍層下運(yùn)動(dòng)時(shí)所得到的對(duì)應(yīng)的物理量的位相相反。 (2)當(dāng)小球在躍層下運(yùn)動(dòng)時(shí),實(shí)驗(yàn)參數(shù)相同的情況下,數(shù)值SAR影像和實(shí)驗(yàn)室條件下的SAR影像的結(jié)果具有了相似性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：P731.24
【圖文】：

海洋基本處于穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，也就是說(shuō)，海水密度一般隨著深度的增加而增加，而且存在密度急劇變化的深度區(qū)間，這一般被稱為密躍層（pycnocline）。海水質(zhì)點(diǎn)的在這樣的背景場(chǎng)中向上或向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的密度就會(huì)大于或小于周圍的環(huán)境密度，這樣質(zhì)點(diǎn)就受到一種浮力回復(fù)力的作用，在其初始平衡位置附近上下振蕩，從而生成內(nèi)波。內(nèi)波的生成機(jī)制有很多種，水下運(yùn)動(dòng)物體在分層海洋中運(yùn)動(dòng)時(shí)生成的內(nèi)波則是其中之一。水下運(yùn)動(dòng)物體在分層流體中的運(yùn)動(dòng)包括水平、垂直、振蕩等運(yùn)動(dòng)（Lighthill，1978），無(wú)論哪一種運(yùn)動(dòng)，由于物體的體積效應(yīng)，都會(huì)使得流體質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)其平衡位置形成振蕩，產(chǎn)生內(nèi)波，這是源致內(nèi)波的生成機(jī)制之一：船體效應(yīng)（hall effect）；其二是水下運(yùn)動(dòng)物體湍尾流的重力塌陷機(jī)制（wakecollapse），這是由于粘性的作用使水下運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)跡線和內(nèi)尾區(qū)生成強(qiáng)烈地湍流密度混合區(qū)，從而引起密度在尾流中的塌陷，導(dǎo)致內(nèi)波的生成和傳播（Wu，1969；Miles，1971；Milder，1974；Mager，1974；Sturova，1978，1985；Robey，1997）,圖 0-1 直觀地給出了分層鹽水中水平運(yùn)動(dòng)小球的兩種效應(yīng)。

圖 0-2 潛艇生成的 Kelvin 船波（http://www.submarine.id.ru/，2009 年 4 月 16 日尾跡的示意圖（Reed，1990，2002）Kelvin 的結(jié)果描述了船波的最基本的特征，并給出其結(jié)果的適用2 U >> 1，其中 r 為擾動(dòng)源的輻射半徑， g 和U 分別為重力加速度和船波系對(duì)應(yīng)于一個(gè)駐相點(diǎn)，從圖 0-2 可以看出這些駐相點(diǎn)在 V 形（楔形在 V 形線上，Kelvin 的分析表現(xiàn)出了奇異性。在楔形線上解的奇異性，導(dǎo)致 Kelvin 駐相法失效。Honger(1923)，Pete

【參考文獻(xiàn)】

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1 張軍,張效慈,趙峰,洪方文;源于水動(dòng)力學(xué)的潛艇尾跡非聲探測(cè)技術(shù)研究之進(jìn)展[J];船舶力學(xué);2003年02期

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本文編號(hào)：2712830