粘性分層流中水下航行體尾跡在隨機海面中的表現(xiàn)特征研究.pdf

1、海水的密度層化是海洋的一種普遍現(xiàn)象。當(dāng)潛艇在密度層化的海洋中航行時不僅會產(chǎn)生漩渦和湍流尾跡，還會激發(fā)內(nèi)波尾跡。內(nèi)波不僅可以沿著水平方向傳播，而且還具有垂向傳播的特性。潛艇運動激發(fā)的尾跡在傳播過程中，會引起海洋表面流動速度和位移場的微小變化，通過與海面背景波相互作用，使得粗糙海面特征發(fā)生變化，空間衛(wèi)星上裝載的合成孔徑雷達（簡稱SAR）對潛艇航行引起的這種自由面的水動力信號特征具有很強的成像能力，從而可以對潛艇的活動情況進行跟蹤。但是，迄今

2、為止，對相關(guān)機理的認識還是非常有限的。因此，本課題的研究有重要的學(xué)術(shù)意義和軍事應(yīng)用價值。 本文首先以球體為研究對象，通過直接求解三維非定常不可壓縮RANS方程，采用RNG 湍流模型和界面追蹤的VOF方法，對分層流中水下運動球體產(chǎn)生的尾跡進行了數(shù)值模擬與分析；結(jié)合隨機海浪譜模型，提出了水下運動潛體產(chǎn)生的自由面尾跡與隨機海浪相互作用的數(shù)值模擬方法?？疾炝嗽诓煌Ｃ骘L(fēng)速和主要波高條件下，運動球體產(chǎn)生的自由面尾跡與隨機海浪相互調(diào)制的機理

3、及其表現(xiàn)特征。 在以上工作的基礎(chǔ)上，將水下運動潛體變?yōu)閷嵆叨葷撏Ｐ?，根?jù)潛艇模型上附體的幾何特點以及與艇體的連接方式，構(gòu)造了特定的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)，使用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，克服了實艇高雷諾數(shù)計算困難，實現(xiàn)了分層流中潛艇水下運動激發(fā)尾跡的數(shù)值模擬；結(jié)合海浪譜模型，考察了在不同海面風(fēng)速和主要波高條件下，潛艇運動激發(fā)表面尾跡與海面背景波相互作用的機理及其表現(xiàn)特征。結(jié)果表明：潛體尾跡能否在隨機海面中產(chǎn)生明顯特征，取決于隨機海面波的波長和波高