运动潜体尾迹及其与随机海面相互作用的数值模拟

研究了水下运动物体产生的自由面尾迹与随机海面相互作用的问题.以三维非定常不可压缩雷诺平均(RANS)方程为控制方程,采用重整化群(RNG)k-ε湍流模型,应用体积分数(VOF)方法处理自由面,对水下运动球体产生的自由面尾迹特征进行了数值模拟与分析.结合海浪谱模型,数值分析了水下运动球体产生的自由面尾迹与随机海面的相互作用机理及其表现特征.     

两层流体中水波与水面漂浮矩形箱的相互作用

研究了两层流体中表面波和内波模态的水波与水面漂浮矩形箱的相互作用问题.基于特征函数匹配理论，提出了在两种模态入射波作用下水面漂浮矩形箱的反射与透射能量，以及作用在其上的波浪力的解析计算方法.研究表明，对两层流体，两种模态水波的能量是可以互相转化的，而且除了表面波模态的波浪力外，还有内波模态的波浪力.基于所建立的求解模型，对矩形箱的反射与透射能量，以及作用在其上的波浪力进行了数值计算分析，表明了在某个频率范围内，流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的.特别是当矩形箱的底部位于两层流体界面上时，两种模态的能量转化量是最大的，而且内波模态波浪力的影响更显著.     

下凹型内孤立波沿台阶地形演化特征试验

通过大型分层流水槽中下凹型内孤立波沿台阶地形演化的试验模拟,认识我国南海东北部内孤立波沿海底突变地形传播的规律。利用分层染色标识法显示内孤立波与台阶地形作用过程中的特征变化,采用多点组合探头阵技术对其结构进行定量测量。研究表明:突变地形作用导致内孤立波波幅在台阶附近显著增加,使内孤立波波形变陡并出现尾部波列和极性转换等现象。     

旋转流体的实验研究

本文是作者近几年在旋转流体实验室模拟方面做的主要工作，研究涉及气动转台上，旋转流体对流涡旋的运动，水动转台上，旋转流体斜压波表面流动的变化，不稳定性结构，三维温度结构，急流的三维结构，地形的影响等诸多方面的问题。部分实验结论与大气实际观测结果有着极好地相似。     

内孤立波沿缓坡地形传播特性的实验研究

以南中国海东北部海域底部缓坡地形为背景, 在大型重力式分层流水槽中模拟了下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的浅化、破碎、分裂等现象, 利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对内孤立波沿缓坡地形演化特征进行了定性分析和定量测量. 实验表明: 浅化效应使内孤立波传播速度减小, 对大振幅内孤立波具有抑制作用, 对小振幅波具有放大效应; 浅化效应可导致内孤立波的剪切失稳及破碎, 还可导致大振幅内孤立波的分裂. 利用Miles稳定性理论可定性描述内孤立波沿缓坡地形传播时发生不稳定状态的位置, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 分层流 缓坡地形 内孤立波 不稳定性     

有限深度两层流体系统中运动点源生成的内波及其与自由面的相互作用

基于水波动力学势流理论,以二流体系统中点源运动为基本模型,采用Green函数法,研究了分层流体中内部扰动诱生的内波对自由面的影响,探讨对合成孔径雷达成像起重要作用的自由面辐散场的变化规律。研究表明:当上下层流体密度跃变较大、源接近密跃层且Froude数Fr接近内波模式的临界值Fr₂时,内波模式导致的自由面辐散场强度与表面波模式的贡献相当,两者具有强烈的耦合作用,理论分析与实验结果定性一致。     

分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射

基于匹配渐近展开和格林函数的方法,研究了两层流体系统中内孤立波在台阶地形上透射、 反射及其分裂的演化特征. 通过保角变换和求解奇异Fredholm积分方程,获得了反映地形 效应对Boussinesq方程影响的约化边界条件,藉此建立了KdV演化方程的``初值'问题, 根据散射反演理论获得了反射波和透射波的解析表达式. 分析结果表明：上下流体层的厚度 比、密度比以及台阶高度对于反射和透射波振幅及其分裂具有显著的影响. 尤其当上层流体 厚度小于下层厚度时,由于存在临界点,在其附近反射波的幅值随台阶高度的演化由单调增 变为单调减,透射波的幅值由单调减变为单调增;上台阶的反射波与入射波反相,其最大幅 值可达到入射波的数倍;此外,下台阶反射波也可发展为单支孤立波,它区别于单层流体中 反射波仅为衰减的振荡波列.     

连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在 Boussinesq近似下,基于分离变量法,导出了具有自由面的平面前进波的色散关系,建立 了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率,当它大 于浮力频率时,流场中只有一种模态的平面前进波,当它小于浮力频率时,流场 中有无数多个模态的平面前进波,并证明了对每一种模态的入射波,其它每个模态水波的反射与透射能量是 相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在薄板上的水平波浪力 进行了数值计算分析,表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视 的. 特别地,在入射波频率小于浮力频率时,与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产 生的水平波浪力相比,其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得 多.     

分层流体中螺旋桨效应激发内波的实验分析

为获取分层流体中螺旋桨尾迹的水动力学特性,在大型分层流水槽中采用多点组合探头阵列测量技术,对具有连续密度跃层流体中Suboff自航体模型螺旋桨产生的扰动特征进行了定量测量与分析。与拖曳体模型的尾迹特征比较,螺旋桨效应在分层流体中的水动力学尾迹具有特殊结构,其临界Froude数增大为Frs=4.4,波动中存在2种扰动波系,包含低频波动和非对称波形结构。相关结果不仅建立了对分层海洋中复杂螺旋桨效应的初步认识,也为分层海洋中螺旋桨水动力学尾迹建模及其应用提供了进一步的实验依据。     

线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究

在密度线性分布的分层流试验水槽中,对贴近侧壁面的半球体模型运动生成的内波进行了实验研究. 采用多通道电导率阵列,测量分析了拖曳模型产生内波的波形结构、垂向位移场及其相关速度等. 实验结果表明:半球体模型产生的内波可以分为两类,一类是由定常源激发的体积效应内波,另一类是由非定常源激发的尾迹内波,由前者转换为后者的临界内Froude(Fr)数是Fr_s =1.6;与球体模型实验比较,Fr_s约为球体的2/3,转换更迅速,界线更清 关键词： 分层流 半球模型 内波 尾迹