分層流體中運動潛體興波特性的數(shù)值計算研究.pdf

1、流體分層現(xiàn)象在大氣、河口、湖泊和海岸地區(qū)并不少見，主要是由于流體含鹽度和溫度隨深度變化而導(dǎo)致密度的變化所產(chǎn)生的。當(dāng)船舶或潛體在這種具有層化現(xiàn)象的海域中航行時，會產(chǎn)生比均勻流體中復(fù)雜得多的興波現(xiàn)象和水動波問題。一般情況下，水面和水下船舶在這種分層流體中中運動時不僅會產(chǎn)生表面波還會產(chǎn)生內(nèi)波。 分層流體中運動物體激發(fā)的內(nèi)波問題自被提出來以后，基于其在國防和工程中的重要應(yīng)用背景，一直為各國政府和軍方所關(guān)注。近年來分層流體中潛體導(dǎo)致自由面

2、興波特性這一研究方向已成為潛體目標(biāo)識別和隱蔽性的前瞻性研究，具有重要的學(xué)術(shù)意義和實際應(yīng)用價值。 在回顧和總結(jié)了目前國內(nèi)外研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，本文利用現(xiàn)有的比較成熟的商業(yè)軟件CFX對細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體在分層流體中運動時的興波特性進(jìn)行數(shù)值模擬，初步探索了分層流體中運動潛體的興波特性。首先針對細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體采用UG建模、前處理軟件ICEM劃分網(wǎng)格，接著利用CFX軟件，基于VOF方法，采用k-ε兩方程湍流模型封閉RANS方程做為求解控制方程，

3、對細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體在分層流體中運動時在自由面和內(nèi)界面上的興波波形特征進(jìn)行了數(shù)值模擬，并考察運動細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體所處的環(huán)境參數(shù)如流體的深度、流體的密度等和運動細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體的特征參數(shù)如細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體形狀以及運動速度、運動時所處位置等對自由面和分層界面上尾流場特征量(波幅、波系分布和波形等)的影響。通過數(shù)值模擬結(jié)果的定性分析表明：運動細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體在自由面和內(nèi)界面上興波波形的波系分布主要由運動細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體的特征參數(shù)和所處流體的環(huán)境參數(shù)所決定；

4、運動細(xì)長橢球回轉(zhuǎn)體所處位置、上下層流體的密度比對自由表面和內(nèi)交界面上的波形及波系分布有較明顯的影響；運動潛體的幾何特征對其在自由面和內(nèi)交界面上的波系分布沒有較大影響，但對波幅有一定的影響。同時，與文獻(xiàn)數(shù)值計算和實驗研究結(jié)果相比較，本文得到模擬結(jié)果無論是波系構(gòu)成還是興波波形的分布變化基本與文獻(xiàn)研究相吻合。 雖然本文的模擬得到了初步的結(jié)果，但由于處理方法、計算條件和研究時間等的限制，對此研究有進(jìn)—步的完善。最后，本文對論文過程中的經(jīng)