分層流體中水下物體熱尾流的數(shù)值研究.pdf

1、水下運(yùn)動(dòng)物體熱尾跡研究是近年來熱紅外探潛技術(shù)研究的重點(diǎn)對(duì)象，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已通過實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬對(duì)水下航行器熱尾流進(jìn)行了大量研究, 主要側(cè)重于尾流產(chǎn)生的機(jī)理、尾流尺度的計(jì)算以及尾流中各擾動(dòng)項(xiàng)的分布規(guī)律等，對(duì)熱尾流的發(fā)生和發(fā)展有了一些基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)。本文從計(jì)算流體力學(xué)和數(shù)值傳熱學(xué)相結(jié)合的角度，數(shù)值模擬二維圓柱和三維圓球繞流的熱尾跡特征，結(jié)合上述研究熱尾流已獲得的普遍現(xiàn)象和規(guī)律，闡述了熱尾跡的產(chǎn)生、發(fā)展和崩潰，并重點(diǎn)分析了熱尾流的動(dòng)力特

2、性、渦旋形成與脫落、尾渦能量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)傳熱的影響。 首先建立了求解分層流體中物體熱繞流的物理模型及數(shù)值處理方法，以原始變量Naivier-Stokes方程、能量方程作為數(shù)值求解物體熱繞流的控制方程，運(yùn)用VOF方法來追蹤分層界面；并以封閉方腔內(nèi)層流自然對(duì)流這個(gè)有基準(zhǔn)解的經(jīng)典問題為例，對(duì)該算法的數(shù)值有效性進(jìn)行了初步的驗(yàn)證。 其次探討了圓柱（球）繞流問題的計(jì)算域參數(shù)和人工邊界條件，包括入流條件、出流條件及兩個(gè)平行于來流

3、方向的側(cè)邊界條件，提出了適合本文計(jì)算域的邊界條件，并結(jié)合冷態(tài)場(chǎng)條件下的非定常圓柱繞流實(shí)例觀察了渦旋形成與脫落的完整過程，得到了嚴(yán)格的Kármán渦街。 最后在流場(chǎng)層化情況下分別研究了低雷諾數(shù)純強(qiáng)迫對(duì)流和混合對(duì)流繞圓柱、圓球流動(dòng)及其對(duì)傳熱的影響，重點(diǎn)考察了各自情形下圓柱繞流的動(dòng)力特性、尾渦結(jié)構(gòu)和尾跡能量特征。同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，尤其是渦型結(jié)構(gòu)特征、尾流的動(dòng)力特性、能量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，并將數(shù)值結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)觀察和理論分析比較，