分层流中潜体运动对内波及表层流场影响研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuxuan3652008
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由于大洋中密跃层分布范围广,潜体在水下运动的体积效应和湍流尾迹效应均会激发产生内波,此内波不仅传播范围广、存在时间长,而且不易通过各种方法来控制,因此结合SAR的成像特点,通过内波引起表层流场发生辐聚辐散效应来探测潜体可实现广域动态监测,且不受潜体具体位置的影响。  本文基于CFD原理,开展分层流中潜体运动对内波及表层流场影响的研究。首先,研究潜体定常运动与诱发内波特征关系,通过编程控制潜体运动,使用动态分层法保证潜体运动时边界层不受影响,采用求解相的体积分数方式捕捉内界面波形。计算结果与实验结果对比验证了CFD方法计算潜体运动诱发内波的可行性,对比不同潜深下潜体诱发内波波高和波长随密度Froude数的变化特征,得到诱发内波波高最大处的临界密度Froude数。其次,研究潜体非定常运动对内波波动过程的影响。定义加速度无量纲数,选取不同加速度和减速度,研究潜体在强分层流体系统中加速、减速运动对诱发内波幅值及其波动过程的影响,结果表明,随潜体运动速度的改变,内波幅值呈现波动性变化,位于潜体正下方的内波波幅变化趋势与速度变化相同,而次波峰(谷)值的变化趋势不但与潜体运动状态有关,与选取工况的特殊性同样有关,此外,潜体加/减速度越小,运动完成时峰谷值变化幅度越大。再次,根据中国海域分层特征,以及潜体航行工况,模拟计算静水域中实尺度潜体运动尾迹流场特征。在所计算的工况中,表面波既有横波又有散波,而内波以散波为主,横波较弱,甚至没有,分析密度分层的存在对表面流场的影响,对比不同潜深、航速下潜体运动诱发内波及表面波特点,结合雷达探测原理,得到不同工况下表层流场辐聚辐散强度大小及分布特点,为海浪中潜体探测提供基础支持。最后,模拟计算潜体在分层流中运动表层流场与波浪的调制作用。结合波浪谱与边界造波法模拟真实海浪,得到经波流调制作用后的表面波形以及表层流场辐聚辐散强度,分析调制特点,为潜体探测提供理论依据。
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