水下航行体热尾流浮升特性研究.pdf

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1、第37卷第7期2015年7月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37，No．7Jul．，2015水下航行体热尾流浮升特性研究张昊春1，吉宇1，马锐2，李矗3，严利明1，秦江1(1．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064；3．哈尔滨工业大学复合材料研究所，黑龙江哈尔滨150001)摘要：水下航行体排放的热尾流的浮升规律及其水面温度分布特征是红外探测的基础。本文从热尾流形成过程出发，建立水下射流的二维计算模型。基于Fluent软件的湍流数学模型，对温度分层和均匀环境介质中的热尾流的浮升特

2、性及水面温度分布进行数值计算，并以VOF方法追踪了温度分层环境中的尾流界面，得到热尾流的轨迹与温度的衰减规律，对比分析温度分层环境与均匀介质环境中的异同。关键词：水下航行体；热尾流；浮升规律；温度分布；数值模拟中图分类号：U661．1文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)07—0024—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．07．006BuoyantcharacteristicsofthermalwakesdischargedbyunderwatervehiclesZHANGHao．chunl，JIYul，MARui2，LIYa03

3、，YANLi．min91，QINJian91(1．SchoolofEnergyScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．ChinaShipDevelopmentandDesignInstitute，Wuhan430064，China；3．CenterforCompositeMaterials，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Thebuoyantcharacteristicsandtemperaturedi

4、stributionofthermalwakesdischargedbyunderwatervehiclesarethebasisofthedetectionwithinfraredtechnology．Thispaperstartedfromtheformationofthermalwakes，andestablishedatwo—dimensionalmodelaboutthesubmergedbuoyantjet．UsingtheturbulentflowmodelinFluentsoftware，thenumericalsimulationintemperaturestra

5、tificationcaseandhomogeneousenvironmentalmediacasewerederived，andobtainedthebuoyantlawsaswellastemperaturedistribution．Inaddition，VOFmethodwasadoptedtotracetheinterfaceofjetintemperaturestratificationcase；thetrajectoryofthermalwakesandthedecaylawsofitstemperaturewerefiguredoutaswell．Thenacompa

6、risonofinthetemperaturestratificationcaseandinhomogenousmediacasewascarriedout．Keywords：underwatervehicle；thermalwakes；buoyantcharacteristics；temperaturedistribution；numeriea】simulation0引言水下航行体(如潜艇)由于其极强的隐蔽性与突袭性，成为现代海战中的重要作战手段。在发展潜艇技术的同时，对反潜技术的研究同样受到各国的高度重视。由于潜艇在水下航行时需要冷却动力装置，尤其是核潜艇，因此会向海洋中排放大

7、量的温热海水而形成热尾流，热尾流浮升至海面会使海面水温发生异常。国外有专家估测，1台反应堆功率为190MW的核潜艇每秒钟释放人海洋的热能多收稿日期：2014—11—18；修回日期：2014—12—08基金项目：国家自然科学基金资助项目(91216123)；国家自然科学基金创新研究群体资助项目(51121004)作者简介：张吴春(1977一)，男，副教授，从事高速飞行器热控技术、红外隐身、工程热力学和传热传质学研究。第7期张昊春，等：水下航行体热尾流浮升特性研究·25·