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水下航行体诱发的水面流场对热表皮调制影响研究
| 论文题名： | 水下航行体诱发的水面流场对热表皮调制影响研究 |
| 关键词： | 热表皮;水下航行体;密度分层水体;水面流场变化;红外特性 |
| 摘要： | 我国是海洋大国，海洋安全对我国来说至关重要。水下航行体具有高隐蔽性和强大军事打击能力等特点，严重威胁我国的周边安全。如何及时准确地发现并探测到水下航行体位置、速度等相关信息，成为了反潜技术亟待解决的关键问题。随着水下航行体减振降噪技术的发展，传统声学探测已经不能满足现代反潜技术的要求，于是非声学探测技术越来越得到重视。在自然条件下，由于太阳辐射和气水界面的热量交换，在海水表面会形成一层厚度毫米级、温差0.01~0.1K的热边界层，即“热表皮”。水下航行体引起的具有辐聚辐散效应的表面流场可调制、破坏热表皮结构，使水面温度场发生变化，进而判断是否有水下航行体经过。本文的主要研究内容如下： 采用大涡模拟和多相流Mixture模型相结合的数值方法，研究圆球在分层流体中运动对水面流场的影响；分析其随密跃层的厚度、圆球位置和行进速度的变化规律。结果表明：(1)圆球速度增加时，水面散波夹角随之减小，水面湍流尾迹强度随之增强；(2)内弗洛德数相同的情况下，水中密跃层厚度减小，会使水面同时存在横波特征和散波特征；(3)当圆球位于密跃层之下时，尾迹会受到密跃层的抑制，增加圆球速度对水面波动强度影响不大。 根据自然界中热表皮结构的温度分布特征规律，建立热表皮模型，编写相应的程序并代入速度场数据，获得热表皮结构被流场调制后的温度分布特征；进而通过改变密跃层厚度、圆球速度以及热表皮结构等参数，分析其变化规律；最后通过实验数据验证结论。结果表明：(1)水下航行体运动轨迹附近诱发的水面流场尾迹对热表皮的调制起主导作用，会产生相似的水面温度场形态特征。(2)热表皮厚度大小是决定水面流场能否调制热表皮进而显示相关尾迹特征的关键因素。(3)热表皮结构参数的变化仅影响水面温度信号的强度，而与温度场的形态特征无直接关系。(4)实验中水面流场变化相对剧烈的区域会首先产生温度场异常信号，随着流场发展，温度场异常区域会不断变大。实验结果与数值模拟研究结论一致，说明了本文基于温度场和速度场解耦计算方法研究热表皮受流场变化的调制影响的正确性。 |
| 作者： | 许多 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王成安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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