船舶在海上航行时,在其后的水域内会形成一条呈带状的气泡幕,这条气泡幕就是尾流。尾流形成原因包括螺旋桨工作、海浪翻滚破碎以及空气卷吸入水等等。尾流具有稳定、持续时间长、物理性质显著、可被有效探测等特点。从尾流的光学、声学、热学以及电磁学等多种物理特性中可以获取有关船舶的关键信息:如速度、前进方向、所在位置等,这也是目标追踪和反潜武器制导的物理学基础。本文通过流体力学理论来分析舰船尾流的热学特性,利用能量方程及湍流模式建立了船舶热尾流的基本数学物理模型,并利用所建立的模型模拟船舶热尾流从形成到衰减的过程。自行设计实验,并将结果进行图像化处理,在验证模型的同时得到热尾流的形成原因及变化规律。本研究为理论上利用热尾流探测船舶信息提供了一定的理论依据,并为军事方面的鱼雷热尾流自导追踪等研究奠定了基础。本文的研究内容主要包括以下几个方面:第一,针对热尾流的形成、范围及扩散方式进行了研究,得出了热尾流的浮升、掺混及扩散的基本规律,绘制了热尾流从形成到衰减的多个阶段的图像,并做了部分的参数分析。在这些研究基础上,建立了可模拟热尾流温度分布特性的基本计算模型。第二,自行设计了一套模拟热尾流实验系统,通过调整热尾流检测探头的位置,可以实现不同情况下温度信号的提取。将所测得实验数据与相应条件下的理论计算数据进行了多组对比并通过MATLAB绘制成图像。在验证了模型有效性的同时,也对模拟热尾流的温度变化及衰减规律进行了研究和探讨。同时得出结论:热尾流的信号在船后靠近螺旋桨的位置达到最大值,随着船舶尾流的扩展,沿尾流的各个方向衰减。第三,用模型模拟了某大型船只在温度均匀环境中形成的远场热尾流,并将结果以三维图像的方式进行了展示,得知热尾流的主要特征是其温度在一定范围内近似与尾流的宽度与长度成反比。同时对本次研究的不足之处进行分析,并结合近年来热尾流的研究现状,对该领域未来的研究方向与提出一些个人的见解与展望。