潜艇等水下航行体在操纵运动过程中对环境流体的扰动作用相当于将动量传递给环境流体,因此水下航行体对背景流体的力学效应可以等效于某种水下动量源。在海洋环境的作用下,这种水下动量源的作用有可能激发大尺度的漩涡结构,同时具备较高的概率可被海洋遥感卫星搭载的合成孔径雷达等高精度探测仪器所捕获追踪。与这种动量源相关的研究,对水下航行体非声物理场探测和感知具有重要的学术价值和潜在的军事意义。有鉴于此,本论文采用数值的方法,利用圆管潜射流模拟水下动量源,针对水下动量源大尺度相干涡结构的演化和水面表征问题进行了研究。针对层流射流的情况,本文通过直接数值模拟的方法对有限水深层流射流形成大尺度相干涡结构进行了研究。结果表明,由于上下边界的存在,射流结构出现坍塌效应和螺旋上升形态,主流动轴向速度分布不再关于中心轴对称,而仅在水平断面上保持轴对称,这与无界射流的情况相差较大。同时,z=0平面和自由表面流场具有较高的相关性,这表明大尺度涡的流动显示出很强的二维流动特性。进一步对上述两个平面的涡量场进行分析,发现流场的平均涡量与时间幂次成正比关系,并且在不同雷诺数工况下平均涡量在发展阶段和衰减阶段的演化规律是基本不变的。针对湍射流的情况,利用RANS方法对有限水深湍射流过程进行数值模拟,利用LES方法对射流停止后偶极子涡的演化过程进行了数值模拟,研究并分析了偶极子涡结构的演化规律及自由表面流场的动量和动能演化特征。结果表明这种流动结构主要由以下四种形态构成,分别为具有显著三维形态的深水特征、具有较强三维形态且伴随一定二维成分的过渡特征、三维形态较弱的准二维偶极子涡形态的浅水特征以及三维形态几乎消失的准二维偶极子涡极浅水特征。对四种不同特征,基于Q判据原理,研究了其各自水平断面和垂向断面的涡核随时间演化特性。对z=0平面和自由表面的动能和动量进行了积分计算,得到不同条件下动能和动量随时间变化的规律,结合涡核的演化对动能和动量的变化趋势给出了解释。研究表明,射流结束后,不同条件下z=0平面和自由表面动能演化的衰减速度随水深约束参数的增大而减小,而自由面的动量在整体上是衰减的,但会出现幅值“跳跃”变化的情况,这与射流演化在垂向卷曲诱导的x负方向流动有关。