粘性分層流中水下航行體尾跡在隨機(jī)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(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生漩渦和湍流尾跡，還會(huì)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(yùn)動(dòng)激發(fā)的尾跡在傳播過(guò)程中，會(huì)引起海洋表面流動(dòng)速度和位移場(chǎng)的微小變化，通過(guò)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(dá)（簡(jiǎn)稱SAR）對(duì)潛艇航行引起的這種自由面的水動(dòng)力信號(hào)特征具有很強(qiáng)的成像能力，從而可以對(duì)潛艇的活動(dòng)情況進(jìn)行跟蹤。但是，迄今

2、為止，對(duì)相關(guān)機(jī)理的認(rèn)識(shí)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(jià)值。 本文首先以球體為研究對(duì)象，通過(guò)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(duì)分層流中水下運(yùn)動(dòng)球體產(chǎn)生的尾跡進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析；結(jié)合隨機(jī)海浪譜模型，提出了水下運(yùn)動(dòng)潛體產(chǎn)生的自由面尾跡與隨機(jī)海浪相互作用的數(shù)值模擬方法。考察了在不同海面風(fēng)速和主要波高條件下，運(yùn)動(dòng)球體產(chǎn)生的自由面尾跡與隨機(jī)海浪相互調(diào)制的機(jī)理

3、及其表現(xiàn)特征。 在以上工作的基礎(chǔ)上，將水下運(yùn)動(dòng)潛體變?yōu)閷?shí)尺度潛艇模型，根據(jù)潛艇模型上附體的幾何特點(diǎn)以及與艇體的連接方式，構(gòu)造了特定的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，克服了實(shí)艇高雷諾數(shù)計(jì)算困難，實(shí)現(xiàn)了分層流中潛艇水下運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)激發(fā)表面尾跡與海面背景波相互作用的機(jī)理及其表現(xiàn)特征。結(jié)果表明：潛體尾跡能否在隨機(jī)海面中產(chǎn)生明顯特征，取決于隨機(jī)海面波的波長(zhǎng)和波高