【摘 要】
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内波产生可分为两类,一是体效应内波,二是尾流效应内波。体效应内波研究方面,人们针对不同分层条件、不同形状的运动物体产生的体效应内波问题建立了一系列模型,经过试验和数
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内波产生可分为两类,一是体效应内波,二是尾流效应内波。体效应内波研究方面,人们针对不同分层条件、不同形状的运动物体产生的体效应内波问题建立了一系列模型,经过试验和数值验证,已形成较为成熟的理论。而尾流效应内波方面,因尾流中常伴随有涡旋、湍流、剪切流以及各类不稳定性的随机现象,使得其内波产生机制十分复杂,难以得到一致的结论。论文针对此问题,以线性分层流体中的运动物体为研究对象,利用大涡模拟-Mix多相流模型,对尾流效应内波生成机理展开数值研究。首先,论文对尾流效应内波研究方法、国内外研究状况和数值模拟基本理论进行消化吸收,决定采用大涡模拟-Mix多相流模型对尾流效应内波生成机理开展数值研究。论文从流体力学基本控制方程出发,给出了分层流体的Mix模型和控制方程,为分层流体模拟和内波计算提供了理论基础。其次,基于大涡模拟-Mix多相流模型开展低内傅氏数下运动圆球激发的体效应内波和中内傅氏数下运动圆球尾流场的数值模拟。数值结果表明:低、中内傅氏数下运动圆球的尾流场与文献试验数据相吻合,体效应内波特性和演化规律与理论结果相吻合,表明了数值模型与方法的可靠性以及对尾流效应内波数值模拟的可行性。然后,采用建立的数值模型对运动物体激发生成尾流效应内波进行全程模拟,包括尾流在近流场的混合过程,混合尾流在势能的作用下的塌陷过程,和塌陷振荡激发尾流效应内波的过程。通过对尾流淡水体积分数垂向分布曲线分析,获得尾流混合垂向高度随内傅氏数变化的规律;对亏损速度空间演化规律进行分析,获得尾流塌陷位置随内傅氏数变化的规律。最后,通过对尾流场中的淡水体积分数垂向分布曲线、密度云图及各点垂向速度频谱图分析,确认塌陷内波是尾流塌陷后在背景浮力作用下激发生成的。
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