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内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究

付东明  
【摘要】: 内孤立波是一种自然界中常见的非线性内波,其所携带的巨大能量和在世界大洋中的广泛分布,对于潜艇安全性能会产生很大的影响。但由于内孤立波与潜艇的相互作用具有极强的非线性,用线性势流理论进行研究难以得到满意的结果。因此采用粘性流数值水槽技术来研究此问题,将是一种更为直接和有效的方法。 在较为系统地回顾和总结了目前国内外研究进展的基础上,本文就粘性流中内孤立波与潜体的相互作用问题,开展了如下几方面的研究工作: 在第二章中,以雷诺平均方程为控制方程,采用k ?ε湍流模型,引入VOF方法追踪两层流体界面,应用双推板造波法进行内孤立波数值造波,辅以数值耗散方法进行消波,建立了两层流体中的内孤立波数值水槽,验证了数值造波和消波的有效性。 在第三章中,利用所建立的内孤立波数值水槽,模拟了内孤立波与水下无航速潜体的相互作用问题,成功模拟了潜体遭遇内孤立波的过程,获得了内孤立波作用下潜体外载荷特性。结果表明,当潜体潜深位于内孤立波波谷中时,其所受内孤立波载荷最为严重。 在第四章中,研究了内孤立波与有航速潜体的相互作用问题,通过引入活塞区的方法和动网格技术,解决了潜体有航速移动的数值模拟问题,成功地模拟了内孤立波与有航速潜体的相互作用,并对有航速潜体的内孤立波载荷特性进行了分析。 研究表明,内孤立波对潜艇航行的安全性是有重要影响的,在潜艇的设计与应用中是一个必须考虑的因素。


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