原文传递
核动力潜艇热尾流红外辐射特性研究
| 论文题名： | 核动力潜艇热尾流红外辐射特性研究 |
| 关键词： | 热尾流;浮升规律;水池实验;核动力潜艇;红外辐射特性 |
| 摘要： | 核潜艇水下航行过程中，由于需要冷却动力装置会向海洋中排放大量的冷却水，从而引起周围海水温度发生变化而形成热尾流。在浮升力作用下热尾流逐渐上浮至海面，引起海面温度分布发生变化。通过分析海面红外特征，理论上可以获得潜艇型号、方位等重要信息，从而实现对潜艇的跟踪定位与打击。研究潜艇热尾流浮升规律具有重要军事意义。 本文基于动网格技术研究潜艇水下航行过程，分别采用单相流模型与 VOF模型对潜艇热尾流浮升过程进行了仿真。研究获得了潜艇热尾流的浮升、扩散规律及其水面温度分布与红外识别特征。分析了海水-大气交界面、海面空气流动及潜艇不同冷却水排放方案对研究结果的影响。在此基础上，基于开源 CFD软件OpenFOAM开发了专门求解器，对潜艇热尾流进行仿真研究，分析不同求解软件求解差异。最后，设计实验水池并开展热尾流水下浮升过程及水面红外特征测量研究，对本文采用的数值仿真方法以及获得的研究结果的可靠性进行验证。 研究表明，1.热尾流从潜艇尾部排出后会经历近尾流段、过渡段、远尾流段三个阶段，最终在水面形成近似水滴形的温度异常区域轮廓；当水面温差ΔT>0.06K，热尾流具有较为明显红外识别轮廓，在8-12μm波段下，热尾流红外识别效果更佳。2.海面空气流动及海水-大气交界面会抑制热尾流的浮升，从而导致热尾流引起的水面ΔT>0.06K区域尺寸减小约55%；减小冷却水出口温度可减弱尾流引起的水面红外信号。排水温度减小20K，表面ΔT>0.06K区域尺寸减小约45%。因此，潜艇航行时可通过适当增加冷却水排出流量，降低排出温度，以减弱潜艇尾迹信号强度，增加自身隐身性能。3.本文基于 OpenFOAM开发的求解器对于运动潜艇排放热尾流的浮升过程具有良好的仿真效果。由于二维仿真与潜艇实际航行工况仍然存在一定的差距，本文所开发求解器还需进一步计算具有实际意义的三维问题并通过实验加以验证。4.理论仿真与水池实验测量结果能够很好地相符合，且相比于单相流模型，VOF模型求解更精准，仿真效果更好。本文研究结果具有重要的理论价值和广泛的应用前景，可以为潜艇红外探测技术的研究与发展提供一定理论基础。 |
| 作者： | 来庆志 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 谭建宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
