文档介绍：上海交通大学硕士学位论文i两层粘性流体中运动潜体尾流场数值模拟研究摘要本论文研究两层粘性流体中运动潜体的尾流场问题由于流体的盐度和温度常常随深度而变化导致密度的变化流体分层现象在海洋中是十分常见的现象当潜艇在分层流体中航行时会在水面上留下表面波和内波尾迹可以被SAR探测到由于流体的分层效应会改变海洋中输油管道的阻力特性和涡脱落频率从而改变管道的涡激振动特性因此本论文的研究不仅具有重要的学术意义而且对潜艇的非声探测和海洋工程中也具有重要应用价值的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两层粘性流体中运动潜体产生的尾流场特性问题进行了以下几方面的研究工作在第二章中建立了两层粘性流体中运动潜体尾流场数值模拟的数学物理模型以及数值处理方法发展了同时追踪内界面和自由面上波动特征的VOF方法并概述了湍流模式的应用方法在第三章中在层流模式下数值模拟了两层粘性流体中水平圆柱体的绕流问题系统考察了付氏数潜深与密度分层效应对内界面的扰动特性和圆柱体尾涡结构特性及阻力系数变化特性的影响针对付氏数的四个不同取值在数值上成功地模拟了两层流体界面的四种扰动形态即阻塞形态规则波形态过渡形态和非规则波形态数值分析表明在四种付氏数下圆柱体尾涡的发放周期演化和传播特性和阻力特性都是有明显差别的与均匀流体的情况相比在流体密度分层的情况当付氏数在规则区取值时圆上海交通大学硕士学位论文ii柱体的阻力明显增大但当付氏数在不规则区取值时圆柱体的阻力明显减小圆柱体的潜深对两层流体密度界面的扰动形态圆柱体的尾涡结构和阻力系数特性的影响也很显著特别地在数值模拟中观察到当付氏数在不规则区取值时如果圆柱体位于上层流体中两种液体会出现强烈的掺混现象但对自由面的影响很小如果圆柱体位于下层流体中则两种液体的掺混现象消失在内界面上出现波幅逐渐衰减的波动而且在自由面上有明显的波动现象在第四章中在层流模式下进一步数值模拟了两层粘性流体中球体的绕流问题系统考察了付氏数上下层密度比和球体的潜深对两层流体的内界面及自由面上波动特性的影响结果表明运动球体在自由面和内界面上激发的波系分布和波形结构特征主要是由球体运动的付氏数Fr和两层流体系统的表面波模式临界Froude数1Fr和内波模式临界Froude数2Fr所决定的当12FrFrFr<<时同时存在两种模式的横波和散波当12FrFrFr<<时对于内波模式只存在横波对于表面波模式同时存在横波和散波当FrFrFr<<12时对于内波模式和表面波模式因此都只存在散波结果还进一步表明随着付氏数的减小在自由面和内界面上波形的张角增大随着两层流体密度比的增大自由面和内界面上波动的波形张角会随着增大球体的潜深对自由面和内界面上波动的波幅有明显影响在第五章中在湍流模式下基于RANS方程数值模拟了实尺度潜艇模型在两层粘性流体中的绕流问题获得了潜艇运动在自由面和内界面上激发的波动特征以及在潜艇尾部的旋涡结构表明了应用本论文建立的CFD方法是有能力来数值模拟两层粘性流体中潜艇运动激发复杂流场的关键词: 两层流体,表面波,内波,旋涡,VOF方法上海交通大学硕士学位论文iiiNUMERICAL SIMULATION OF WAKE FLOW FOR AMOVING BODY IN A TWO-LAYER VISCOUS FLUIDABSTRACT The thesis studie