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原文传递南海水面航行体尾流的电磁特性

论文题名：	南海水面航行体尾流的电磁特性
关键词：	船舶尾流;水动力学;电磁特性;南海海域
摘要：	水面航行体在航行过程中会引起周围海水运动而形成尾流，尾流蕴含着大量的航行体信息，会呈现出与周围海水相异的物理特性。其中尾流的电磁特性作为重要特性之一在鱼雷自导、船舶定位和海洋探测等领域占据重要地位。本文以KCS船舶为仿真船模，基于磁流体动力学、麦克斯韦方程组和广义欧姆定律等相关理论，建立了船舶尾流感应电磁场模型，借助有限元和CFD等仿真软件，对KCS船舶尾流的电磁特性进行了仿真研究，并结合真实海域环境研究了南海海况环境下KCS船舶尾流的电磁特性。本文研究的主要内容如下所述：　　1.船体感应磁场模型建立及仿真分析。从有限元数值仿真原理入手，依据麦克斯韦方程组和介质的本构关系，结合电磁场边界条件，建立了船体感应磁场模型；通过选取船舶参数构建KCS船舶模型，建立KCS船体感应磁场计算域模型；通过选取合适的边界条件和网格大小，对不同磁场环境下的KCS船体感应磁场进行了仿真分析，探讨了不同船体材料的磁导率和船体厚度对KCS船体感应磁场的影响。　　2.船舶尾流速度场和感应电磁场模型建立及仿真分析。通过结合船舶水动力学和计算流体力学相关理论，运用CFD软件对KCS船舶尾流速度场进行仿真，探究了不同水深、不同速度和不同距离下KCS船舶尾流形态和速度分布。利用磁流体运动方程、麦克斯韦方程组和广义欧姆定律等原理建立了船舶尾流感应磁场模型，结合KCS船舶尾流速度场分布仿真分析了单方向背景磁场、多方向背景磁场和不同速度下的KCS船舶尾流感应磁场的分布规律。同样从船舶尾流速度场出发，借助麦克斯韦方程组建立了船舶尾流感应电场模型，通过控制变量法仿真分析了KCS船舶尾流感应电场强度和感应电流密度在不同背景磁场强度和不同水深条件下的空间分布规律。　　3.南海海域环境下船舶尾流电磁特性研究。基于运动海水切割地磁场建立海浪和海流感应磁场模型，对不同背景磁场强度和不同速度下的海浪和海流感应磁场分布规律进行了仿真分析。通过查找南海海域数据选取测量点，获取了该测量点的海况和地磁场数据，对该测量点环境下的KCS船体感应磁场、尾流感应磁场、海流感应磁场和海浪感应磁场进行仿真，对比分析了这几种感应磁场的特征差异，探究了不同条件下的海洋感应总磁场大小，得到了海洋感应总磁场的分布规律。结果表明：磁倾角和磁偏角越大，尾流感应磁场极值越低，其磁场分布越规律，波峰越少；在船舶正下方水域内尾流感应磁场可近似为海况磁场与尾流磁场构成的海水感应总磁场；海况环境越复杂，KCS船舶航行过程中船舶周围海域的海水感应总磁场强度越大；对于KCS船体感应磁场、尾流感应磁场、海流感应磁场和海浪感应磁场所组成的海洋总磁场而言，其在x方向上与船体感应磁场变化趋势一致，在y方向上与海流、海浪和尾流感应磁场组成的海水感应总磁场的变化趋势一致。
作者：	任斌斌
专业：	光学
导师：	张建生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2022