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密度分层流中运动潜体尾流场特征研究
| 论文题名： | 密度分层流中运动潜体尾流场特征研究 |
| 关键词： | 运动潜体;密度分层流;尾流场;计算流体动力学 |
| 摘要： | 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。 |
| 作者： | 牛明昌 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 丁勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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