潜航体激发类开尔文内波的垂向数值纹影实验研究.pdf

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1、第39卷第11期舰船科学技术Vol.39,No.112017年11月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYNov.,2017潜航体激发类开尔文内波的垂向数值纹影实验研究杨圣言，蒋小勤，周文进，方频捷，王建中(海军工程大学理学院，湖北武汉430033)摘要:运用垂向数值纹影实验技术（NSS_V），研究了潜航体模型在线性分层流体中激发内波的形态特征，测量了类开尔文V形内波的张角、航行方向内波波长λx与内弗罗德数（Fr=U/DN）之间的关系。实验表明：V型内波张角随着弗罗德数增大而减小，在Fr=1附近出现一个异常缓变平台；波峰线相关波长λx与弗罗德数呈线性关系

2、：λx=8.57Fr+1.74。对比实验表明潜航体的指挥塔对三维内波流场影响主要表现为其体积效应及角区的湍流尾迹效应。关键词：数值纹影；潜航体；分层流；内波；湍流尾迹中图分类号：U661.1文献标识码：A文章编号：1672–7649(2017)11–0117–06doi：10.3404/j.issn.1672–7649.2017.11.022ExperimentalresearchonKelvinclasswakeofunderwatermovingbodybyverticalnumericalsyntheticschlierenYANGSheng-yan,JIA

3、NGXiao-qin,ZHOUWen-jin,FANGPin-jie,WANGJian-zhong(DepartmentofPhysics,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)Abstract:ApplyfromoftheVerticalNumericalSyntheticSchlieren(NSS_V),studiedmorphologicalcharacterofin-ternalwavebyunderwatermovingbodyinthestratifiedfluidwithalineardensi

4、tydistribution,angleofKelvinclasswake,sailingdirectionwavewavelengthwithFroudenumber(Fr=U/DN)weremeasured.AngleofKelvinclasswakedecreaseswiththeincreaseofFroudenumber,andhasanabnormalslowlychangingplatformappearsinthevicinityofFr=1;Thereisalinearrelationshipbetweenwavelengthofwavecres

5、tlineλxandFroudenumberisλx=8.57Fr+1.74.Inaddition,experi-mentsshowthattheinfluenceofsubmergedbodycommandtowerofthree-dimensionalflowfieldofinternalwavesmainlymanifestedasthevolumeeffectandtheturbulentwakeeffectbyangularregion.Keywords:numericalsyntheticschlieren；underwatermovingbody；s

6、tratifiedfluid；internalwave；turbulentwake0引　言验研究通常采用盐度分层或温度分层构造所需的密度剖面[4]，相应的测量方法有电导率探头、温度探头，随着潜艇消声降噪技术的广泛应用，传统声学方用于测量探头位置的内波信号（波幅、脉动频谱法探测潜艇已经不能满足现代潜艇探测的要求，这就等）；激光PIV技术原则上可以测量一个截面内的速促进了非声探测潜艇技术的发展。由于潜艇运动产生度场，从而获得内波在该截面上产生的流场结构，但的内波信号，可作为鱼雷跟踪与制导的目标特征信实际上由于内波流场速度通常极为缓慢，以及分层流号；探潜与潜艇隐身的博弈

7、，对认识潜航体在分层流体中布放长时间稳定的示踪粒子存在较大困难，使得体中激发内波的目标特征提出了更高的要求。激光PIV技术在内波微弱流场测量中的应用受到很大对于潜航体在分层流中激发的内波，现有文献已的限制，周文进[5]运用表面PIV技术研究了潜体在分层经从流体力学理论、数值模拟以及实验等诸多方面开流体中运动激发内波传递到流体表面的特征；数值纹展了大量的研究工作。近年来，梁川[1]、魏岗[2]以及李影技术是一种非接触式光学测量，可以方便地得到内万鹏[3]分别从不同的方面研究了内波的特征，内波实波场的全场信息，对于内波场的整体特征有很好的展收稿日期:2016–09–1

8、2；修回日