分層流體中水下物體熱尾流的數(shù)值研究.pdf

1、水下運動物體熱尾跡研究是近年來熱紅外探潛技術研究的重點對象，國內外眾多學者已通過實驗、理論分析和數(shù)值模擬對水下航行器熱尾流進行了大量研究, 主要側重于尾流產生的機理、尾流尺度的計算以及尾流中各擾動項的分布規(guī)律等，對熱尾流的發(fā)生和發(fā)展有了一些基礎的認識。本文從計算流體力學和數(shù)值傳熱學相結合的角度，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，闡述了熱尾跡的產生、發(fā)展和崩潰，并重點分析了熱尾流的動力特

2、性、渦旋形成與脫落、尾渦能量和結構特點及其對傳熱的影響。 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，運用VOF方法來追蹤分層界面；并以封閉方腔內層流自然對流這個有基準解的經典問題為例，對該算法的數(shù)值有效性進行了初步的驗證。 其次探討了圓柱（球）繞流問題的計算域參數(shù)和人工邊界條件，包括入流條件、出流條件及兩個平行于來流

3、方向的側邊界條件，提出了適合本文計算域的邊界條件，并結合冷態(tài)場條件下的非定常圓柱繞流實例觀察了渦旋形成與脫落的完整過程，得到了嚴格的Kármán渦街。 最后在流場層化情況下分別研究了低雷諾數(shù)純強迫對流和混合對流繞圓柱、圓球流動及其對傳熱的影響，重點考察了各自情形下圓柱繞流的動力特性、尾渦結構和尾跡能量特征。同時對計算結果進行了分析，尤其是渦型結構特征、尾流的動力特性、能量和結構特點等，并將數(shù)值結果與已有的實驗觀察和理論分析比較，