基于三维动网格技术的潜艇热尾流浮升规律及水面温度特征研究

准确获得潜艇热尾流浮升、扩散规律及其水面温度分布特征是发展红外探潜技术的关键。本文基于动网格技术,建立潜艇水下航行三维计算模型,分别采用壁面法与VOF法对潜艇热尾流浮升过程进行仿真。研究获得了潜艇热尾流的浮升、扩散规律及其水面温度分布与红外识别特征。在此基础上,分析了不同冷却水排放方案下热尾流水面温度分布特征的变化规律,提出了抑制热尾流浮升、减弱水面温度特征的方法。本文研究结果可为下阶段的实验研究与测量提供一定理论基础。     

水下航行器排放冷却水温度分布特性研究

根据计算流体动力学理论建立了水下航行器排出冷却水形成热尾流的浮升规律的数学模型,采用有限体积法来离散求解三维湍流数学模型,对水下航行器排出热尾流的浮升特性进行了数值计算分析,得到了热尾流轨迹和热尾流温度场分布图像,将热尾流的试验结果与理论数值模拟结果进行比较,验证了模型的正确性。文中建立的水下航行器排放冷却水浮升模型可预测热尾流的温度分布特性和预先估计海面温度场分布状况,为红外探潜提供了理论依据。     

水下航行体热尾流特性的技术融合

为得到红外探测水下航行体中全面的热尾流特性,提出一种技术融合的研究方法,即先将水下航行体排出的冷却水形成的热尾流近似为圆形断面的自由湍流热射流,在密度分层环境中,根据射流的积分方程建立热尾流特性的计算模型;再采用Runge-Kutta法进行数值仿真;最后利用含少量黑墨水的尾流流迹摄影、数字温度传感器多点测温和红外成像等技术进行融合实验研究。研究得到了热尾流浮升轨迹的发展、高度的增长、宽度的扩展、时间的增长、温度的分布和水面红外图像的变化等规律。仿真与实验结果的相符验证了研究方法的可行性。研究方法和所得结果有助于红外探测水下航行体技术的发展。     

基于动网格技术的潜艇热尾流浮升规律研究

针对基于相对运动的"排水法",无法全面、准确地反映潜艇热尾流浮升扩散规律,建立基于动网格技术的潜艇水下航行的二维计算模型,利用流体计算软件Fluent对潜艇排放过程中的流动-传热过程进行数值模拟。采用网格重构和网格光顺方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,确保模型符合实际运动规律。研究动网格技术和"排水法"热尾流最大浮升高度沿流向分布情况,最大浮升高度和中心温度随时间的变化规律。研究结果表明:动网格技术对于潜艇航行过程中的热尾流浮升过程有较高的计算精度;模拟结果捕捉到了浮升过程中流动和传热的瞬时变化,揭示了热尾流浮升扩散的规律。研究结果进一步为潜艇红外特征研究提供了理论支持和方法思路。     

单体热射流水团浮升扩散规律研究

水下航行体热射流排放可能会在水面上形成一定的红外特征,该红外特征会影响到其本身的隐身性能,因而研究热尾流的浮升扩散机理具有重要的意义.建立研究水下单体热射流水团浮升扩散规律的二维数学模型,利用Fluent软件对热射流浮升扩散规律进行二维数值模拟研究,利用SST k-omega湍流模型和有限体积法,得到单体热射流水团在水...     

潜艇热射流浮升特性研究

分析了在均匀密度分层环境中潜艇热尾流中程和远程的浮升特性,并进行了数值模拟,发现G rashof数对热射流的影响十分显著。     

横流环境中冷却水排放浮升规律

冷却水排放浮升规律对红外隐身的研究具有重要意义。冷却水排放过程可以简化为横流环境中的水平热射流过程,本文在有限体积法的基础上采用Simple算法和Realizable k-ε湍流模型对热射流浮升过程建立三维数学模型,并进行数值模拟。数值模拟结果显示热射流三维浮升轨迹线与文献中的实验结果吻合良好,浮升迹线验证了该模型和方法的准确性。利用该数学模型进一步计算比较了不同流速比和不同环境流速下的浮升规律和温度分布特性,分析得到了流速比和环境流速对热射流浮升轨迹和中心温度的影响规律,为基于红外特征的冷却水排放规律研究提供了理论依据。     

水下航行器热射流多孔排放口结构仿真分析

水下航行器动力系统循环冷却水经由排放口排出,与环境水体掺混换热形成热射流。热射流在环境水体中扩散、浮升并在水体表面形成红外特征。为探究排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响,本文采用仿真分析的方法进行研究。依托CFD计算软件平台建立水下航行器运动模型,设计不同数量、不同分布位置的排放口结构并对比热射流红外特征差异,抑制热射流红外特征,提升水下航行器热隐身性能。根据仿真计算结果可知,在排放流量相同的条件下,排放口采用两翼排列方式可以进一步加强热射流温度衰减,降低水面最高峰值温度。     

水面舰船尾流电导率信号分布的实验测量与数值分析

舰船运动时其尾流显示出其运动轨迹，它是比舰船本身放大若干倍的目标。通过尾流的电导率特性来检测水面舰船尾流是一种新的有效手段，这是因为海水的电导率与海水的速度和盐度（或温度）有关。而尾流区与非尾流区之间存在速度差和盐度（或温度）差，利用电导率探头可获得对应于这些差别的综合信号。作者在试验水槽中构成了与海洋环境类似的盐度分层流场，水槽由10mm厚的有机玻璃板制成．其长、宽、深分别为700cm、45cm、57cm，杠水槽的两侧沿其纵向装有滑轨阻便坐标架运行。水槽中由双螺旋桨自航水面船模产生尾流，分别在盐度分层流场和非分层均匀流场中测量了尾流电导率信号的横向分布，并对盐度分层流场中水面舰船尾流的纵向速度分布进行了数值计算。试验结果表明：在盐度分层流场和非分层均匀流场中。水面舰船尾流的电导率信号沿其横向都近似呈高斯分布；尾流速度对其电导率信号的影响比盐度梯度的影响大得多，在本实验条件下前者比后者约大8倍；尾流的无量纲纵向速度亏损的数值计算结果，与尾流的相对电导率信号横向分布的实测结果具有很好的一致性，在尾流中心区域该数值计算结果与实测结果的相对误差约为12％。     

舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.