内孤立波及其与海洋结构物相互作用研究进展

1

作者 杜鹏 孙平宇 +4 位作者 张淼 张庆辉 孙孟舸 胡海豹 陈效鹏 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第2期151-165,共15页

内孤立波广泛存在于密度层化的海洋中,是一种常见的非线性、大振幅的波动现象。在其传播过程中会诱导波面上下的海水流动呈现剪切状态,并引起海水强烈的幅聚幅散和突发性的强流。当运动潜体在水下作业时极有可能会遭遇内孤立波,内孤立... 内孤立波广泛存在于密度层化的海洋中,是一种常见的非线性、大振幅的波动现象。在其传播过程中会诱导波面上下的海水流动呈现剪切状态,并引起海水强烈的幅聚幅散和突发性的强流。当运动潜体在水下作业时极有可能会遭遇内孤立波,内孤立波峰高谷深、能量集中,严重影响到潜体的运动稳定性和水动力载荷特性,进而导致潜体运动失稳、操纵失控等。首先,基于海洋内孤立波与潜体相互作用这一工程背景,从理论研究、观测与试验研究及数值模拟研究3个研究方向总结当前国内外关于内孤立波特性的研究;然后,分别对内孤立波与结构物相互作用、内孤立波与潜体相互作用的研究予以总结;最后,基于现阶段国内外关于内孤立波的研究现状,进一步提出内孤立波研究的工作展望。 展开更多

关键词 内孤立波 海流 波浪载荷 海洋结构物 潜体 分层流体 计算机仿真

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源于水动力学的潜艇尾迹非声探测技术研究之进展 被引量：25

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作者 张军 张效慈 +1 位作者 赵峰 洪方文 《船舶力学》 EI 2003年第2期121-128,共8页

伯努利“水丘”、开尔文尾流、涡尾迹、内波尾迹都起源于潜艇水动力学 ,对于潜艇的非声探测具有重要的应用意义。本文对国内外此方面的研究与应用状况作了介绍。

关键词 水动力学 潜艇尾迹 非声探测 开尔文尾流 涡尾迹 内波尾迹

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分层流体中拖曳球体尾流及辐射内波试验研究 被引量：7

3

作者 姚志崇 赵峰 +2 位作者 梁川 洪方文 张军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第11期1275-1283,共9页

在大型分层流水池中采用PIV方法对跃变分层流体中小球尾流场进行了测量,获得了不同拖曳速度工况下跃层处的尾流及内波流场,对体效应稳态内波和尾流效应非稳态内波的特征有了形象直观的了解,获得了内波流场速度大小随内傅氏数的变化规律。

关键词 分层流 尾流 内波 PIV

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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 被引量：18

4

作者 魏岗 乐嘉春 戴世强 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2003年第9期906-918,共13页

　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... 　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。 展开更多

关键词 内波 表面波 分层流体 辐散场 波-波相互作用

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分层流体中内波与半潜平台相互作用的模型试验 被引量：7

5

作者 尤云祥 胡天群 +5 位作者 徐昊 俞忠 房咏柳 时忠民 曲衍 肖越 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期400-406,共7页

对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运... 对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运动响应进行了测量分析,获得了平台纵荡运动及纵摇角幅值与内波周期之间的相关关系.结果表明,在半潜平台的设计与应用中,内波对其运动响应的影响是不可忽视的.特别地,发现了在内波周期的某个范围内,半潜平台的纵荡和纵摇都会出现倍频周期运动响应的现象. 展开更多

关键词 分层流 内波 半潜平台 平台运动 倍频响应

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分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射 被引量：10

6

作者 魏岗 尤云祥 +1 位作者 缪国平 秦学明 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期45-53,共9页

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... 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．分忻结果表明: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． 展开更多

关键词 分层流体 内孤立波 潜水台阶 反射 透射

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缓坡地形上内孤立波的破碎及能量分析 被引量：8

7

作者 杜辉 魏岗 +3 位作者 曾文华 孙鹰 屈子云 靖树一 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第10期98-104,共7页

在大型重力式分层流水槽中对内孤立波沿缓坡地形的演化特征进行了实验研究,利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对其传播特性做了定性分析和定量测量。实验表明:下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的破碎先从波背部发生,继而... 在大型重力式分层流水槽中对内孤立波沿缓坡地形的演化特征进行了实验研究,利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对其传播特性做了定性分析和定量测量。实验表明:下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的破碎先从波背部发生,继而演化出上凸型内孤立波;内孤立波破碎不仅与入射波波幅相关,而且受到地形坡度的强烈影响;入射波幅参数??0.4是内孤立波不稳定及破碎的实验判据,内孤立波能量损失出现跃升是其发生破碎的重要特征。研究进一步获得了内孤立波沿缓坡地形的三维演化结构、破碎发生条件和能量变化特性,对于复杂海洋环境中非线性内波传播特性认识及其动力学建模具有重要的科学意义。 展开更多

关键词 分层流 内孤立波 缓坡地形 能量损失

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新型三维内波及分层流水槽系统 被引量：6

8

作者 徐肇廷 沈国谨 +1 位作者 王伟 王爱群 《青岛海洋大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2002年第6期868-876,共9页

本文提供了作者研制的三维内波及分层流水槽系统的背景技术资料。经源致三维内波的实验证实 ,利用该水槽系统中的双缸制取分层水系统可快速制取所需的分层水 ,不必利用分子扩散而 1次得到预先设置的密度剖面。同时 ,还介绍了利用该水槽... 本文提供了作者研制的三维内波及分层流水槽系统的背景技术资料。经源致三维内波的实验证实 ,利用该水槽系统中的双缸制取分层水系统可快速制取所需的分层水 ,不必利用分子扩散而 1次得到预先设置的密度剖面。同时 ,还介绍了利用该水槽系统进行的 1个典型的源致内波的内波增阻实验。从所获得的增阻实验结果得知 ,对于一给定的分层、拖曳速度和水下回转体 ,存在唯一 1个内Froude数使得强迫源受到最大的内波增阻。大量的实验证实 :该水槽系统是研究三维自由和强迫内波的 1个基本实验系统。 展开更多

关键词 分层流 水槽 双缸法 内波测量仪 测力天平 水下回转体 拖曳速度

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分层流体中运动源生成的内波研究进展 被引量：21

9

作者 魏岗 戴世强 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期111-124,共14页

针对两类密度分布模型——连续分层流体和间断分层流体,综述了在运动潜体生成的Kelvin型和非Kelvin型内尾迹研究方面的现状,内容侧重于运动源生成内波的解析理论和分层拖曳水槽中内尾迹实验方面的研究成果。介绍了在连续分层流体中运动... 针对两类密度分布模型——连续分层流体和间断分层流体,综述了在运动潜体生成的Kelvin型和非Kelvin型内尾迹研究方面的现状,内容侧重于运动源生成内波的解析理论和分层拖曳水槽中内尾迹实验方面的研究成果。介绍了在连续分层流体中运动源生成的Kelvin型非线性内波的一般方程和在间断分层流体中Kelvin型内波的势流分析的一般方法；概述了运动源诱生的先锋内孤立子、代数孤立子和平孤立波3类特殊非线性内波的研究进展,其中运动潜体生成的平孤立内波被作者实验证实是一类极限孤立波,并首次建立了共轭流动模型予以描述；综合分析了在密度线性分布流体中潜体运动生成内波的动力学过程多样性特征,其中包括内尾迹近场和远场的时空结构、不稳定结构、涡旋与湍流耦合结构以及湍流与内波相互作用结构等。 展开更多

关键词 分层流 运动物体 Kelvin型尾迹 非Kelvin型尾迹 内波 内孤立子

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连续层化流体中内波破碎的动力学机制的数值研究 被引量：4

10

作者 刘国涛 尚晓东 +3 位作者 陈桂英 杨棋 刘良钢 程晓波 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-8,共8页

对单频内波在白噪声的干扰下引起的不稳定现象进行了数值研究,分析了不同振幅和不同Pr数(Prandtl number)对静力不稳定、剪切不稳定、对流不稳定出现的时间、地点及持续时间的影响。结果显示,静力不稳定总是比其它2种不稳定先出现,其持... 对单频内波在白噪声的干扰下引起的不稳定现象进行了数值研究,分析了不同振幅和不同Pr数(Prandtl number)对静力不稳定、剪切不稳定、对流不稳定出现的时间、地点及持续时间的影响。结果显示,静力不稳定总是比其它2种不稳定先出现,其持续时间也是最长的;振幅越大(Pr=0.72)时,内波越不稳定,导致3种不稳定出现的时间明显提前;Pr数增大(A=0.256)时,3种不稳定出现的时间也略有提前。 展开更多

关键词 不稳定 内波 连续层化流体 谱方法

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下凹型内孤立波对细长潜体运动特性影响的实验研究 被引量：6

11

作者 杜辉 魏岗 +2 位作者 曾文华 武军林 尤云祥 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第10期1210-1217,共8页

在大型重力式分层流水槽中,采用重力塌陷造波和模型半柔性约束方法,结合位移和倾角测量技术,对下凹型内孤立波作用下的细长潜体模型运动特性进行了实验研究,获得了模型垂/纵荡、横/纵摇和质心轨迹运动规律。研究表明:细长潜体模型在下... 在大型重力式分层流水槽中,采用重力塌陷造波和模型半柔性约束方法,结合位移和倾角测量技术,对下凹型内孤立波作用下的细长潜体模型运动特性进行了实验研究,获得了模型垂/纵荡、横/纵摇和质心轨迹运动规律。研究表明:细长潜体模型在下凹型内孤立波作用下的质心运动轨迹近似于椭圆;模型垂/纵荡和横/纵摇运动主要受到波幅因子α(内波波幅与模型长度之比)和潜深的影响;当α固定时位于内孤立波上/下方的模型主要表现为纵荡,而位于穿越内孤立波位置的模型主要表现为垂荡,实验进一步证实了模型运动特性与内孤立波内部流场分布的相关性。 展开更多

关键词 分层流 内孤立波 细长潜体 运动学特性

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内波孤立子的非波导荷载计算 被引量：10

12

作者 沈国光 叶春生 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1046-1050,共5页

为全面分析不同形态内波的危害,将孤立子视为非波导内波的一种情况,以70 m水深浅海Holmboe密度分层和5 m直立圆柱为例,应用内波垂向结构Sturm-Liouville控制方程的模态分析方法计算了不同模态下的孤立子内波荷载．结果表明,孤立子内波... 为全面分析不同形态内波的危害,将孤立子视为非波导内波的一种情况,以70 m水深浅海Holmboe密度分层和5 m直立圆柱为例,应用内波垂向结构Sturm-Liouville控制方程的模态分析方法计算了不同模态下的孤立子内波荷载．结果表明,孤立子内波具有阵发性和与模态相关的剪切,其荷载较波导内波的情况大一个量级,是形成内波危害的主要形式． 展开更多

关键词 内波荷载 分层流体 孤立波 非波导

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层化流体中半板造波的内波解 被引量：3

13

作者 王日新 沈国光 +1 位作者 李德筠 徐肇庭 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 1999年第3期342-348,共7页

为了形象地说明内波的传播模式,研究给出了内波水槽中由半板造波所形成的内波解。结合V频率N（z）＝const和简化Holmboe两种密度剖面模式讨论了内波场的传播图案。在内波水槽中成功地形成了上述两种密度剖面,相应的实验印证了本文分析... 为了形象地说明内波的传播模式,研究给出了内波水槽中由半板造波所形成的内波解。结合V频率N（z）＝const和简化Holmboe两种密度剖面模式讨论了内波场的传播图案。在内波水槽中成功地形成了上述两种密度剖面,相应的实验印证了本文分析的正确性。 展开更多

关键词 分层流体 内波 造波 半板造波 波浪

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连续分层流体中垂直薄板的水动力特性 被引量：4

14

作者 尤云祥 徐杰 +1 位作者 魏岗 卢东强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期297-310,共14页

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,... 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． 展开更多

关键词 连续分层流体 表面波模态 内波模态 刚性薄板 反射能量 透射能量

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内波的生成、传播、遥感观测及其与海洋结构物相互作用研究进展 被引量：9

15

作者 韩鹏 钱洪宝 +1 位作者 李宇航 揭晓蒙 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期148-158,共11页

内波是层结海洋中普遍存在的一种海洋动力学现象,包含内潮、内孤立波、近惯性内波等多种形式,由于其携带能量巨大,分布范围广,发生频率高,对海洋结构物造成严重威胁。对国内外关于内波生成、传播演化、海遥感观测及其与海洋结构物相互... 内波是层结海洋中普遍存在的一种海洋动力学现象,包含内潮、内孤立波、近惯性内波等多种形式,由于其携带能量巨大,分布范围广,发生频率高,对海洋结构物造成严重威胁。对国内外关于内波生成、传播演化、海遥感观测及其与海洋结构物相互作用方面的研究进展进行综述。总结了关于内波的生成机制、浅水和深水区域内波传播演化特征、实际海洋内波特征的遥感观测以及内波与海洋平台及水下潜器相互作用的研究成果,讨论了数值模拟、模型试验、遥感观测等研究手段在海洋内波研究中的应用以及取得的相应研究成果。最后,在探讨海洋内波研究趋势的基础上对未来关于内波生成机制及其海洋学特征观测相关研究需考虑和解决的问题进行了展望。 展开更多

关键词 内波 孤立水波 分层流体 波浪演化 海洋平台 水下潜器 海洋结构物

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四层成层水域内波的研究 被引量：4

16

作者 陈小刚 宋金宝 孙群 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期38-41,75,共5页

运用小振幅波理论研究了四层成层水域的内波运动,给出了四层成层状态下的各界面波波面位移和各层速度势的解析表达式及各层深度平均流速分布和内波波动频散关系,并与三层成层水域内波的解析结果进行了比较。

关键词 内波 四层成层水域 小振幅波理论

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连续分层海洋中内波传播的一种数值模式 被引量：3

17

作者 张洪生 辜俊波 +1 位作者 贾海青 古彪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期896-903,共8页

基于Euler方程,使用有限体积法建立了一种密度为连续分层情况下、适应水深变化的水域中内波传播的数值模式.为了使计算格式能够达到二阶精度,对流项的处理使用了TVD(total variation diminishing)格式.将SIMPLE算法引入连续分层海洋中... 基于Euler方程,使用有限体积法建立了一种密度为连续分层情况下、适应水深变化的水域中内波传播的数值模式.为了使计算格式能够达到二阶精度,对流项的处理使用了TVD(total variation diminishing)格式.将SIMPLE算法引入连续分层海洋中内波的数值计算,为了简化计算并方便地适应多种TVD格式,在计算预估速度场时采用了显式格式,而没有采用传统的隐式格式;鉴于在原始的SIMPLE算法中没有涉及到由于密度扰动而引起的静水压力场的改变问题,给出了该问题的计算方法.因此改进了SIMPLE算法.出流边界的处理采用阻尼消波和Sommerfeld辐射条件相结合的方式,以使内波得到有效的衰减和释放.将等水深水域的数值解和理论解进行了比较,两者吻合较好;并对存在潜堤时数值计算的不同时刻密度变化的空间分布进行了详细的定性分析.计算结果表明,所建立的数值模式能有效地模拟内波的传播和变形. 展开更多

关键词 内波 连续分层 有限体积法 数值模拟 SIMPLE算法

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层结流体中带有耗散和地形强迫的非线性Boussinesq方程及其解 被引量：3

18

作者 陈利国 杨联贵 +1 位作者 张佳琦 王洁 《应用数学》 CSCD 北大核心 2020年第2期373-380,共8页

本文研究在层结流体中非线性Rossby波的动力学模型.利用GardnerMorikawa变换和摄动展开法,从包含耗散、地形和外热源的准地转斜压位涡方程出发,推导了强迫非线性Boussinesq方程去描述非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi... 本文研究在层结流体中非线性Rossby波的动力学模型.利用GardnerMorikawa变换和摄动展开法,从包含耗散、地形和外热源的准地转斜压位涡方程出发,推导了强迫非线性Boussinesq方程去描述非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi椭圆函数展开法和同伦摄动法,得到强迫非线性Boussinesq方程的解析解和近似解.解的结果表明推广的β效应、基本流剪切效应和层结效应是产生非线性Rossby孤立波的重要因素,耗散和地形是影响非线性Rossby孤立波演变的外强迫因素. 展开更多

关键词 BOUSSINESQ方程 非线性ROSSBY波 层结流体 耗散 地形

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线性连续分层流体中水波与截断圆柱浮体的相互作用 被引量：1

19

作者 尤云祥 徐杰 +3 位作者 魏岗 常煜 张军 赵峰 《船舶力学》 EI 北大核心 2007年第5期655-663,共9页

研究了在线性连续分层流体中水波与截断圆柱浮体相互作用的问题。在Boussinesq近似下,基于分离变量法,表明了对给定的频率,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。... 研究了在线性连续分层流体中水波与截断圆柱浮体相互作用的问题。在Boussinesq近似下,基于分离变量法,表明了对给定的频率,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。基于特征函数匹配理论,建立了作用在截断圆柱浮体上水动力的计算方法。对作用在截断圆柱浮体上的水平波浪力、垂向波浪力和力矩进行了数值计算分析,表明了在某个频率范围内,流体的线性连续分层效应对这些水动力量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,高阶模态入射波对截断圆柱浮体水动力的影响也是重要的,在海洋工程的实践中应予以特别关注。 展开更多

关键词 连续分层流体 表面波模态 内波模态 截断圆柱 水动力

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拖曳球体尾流效应内波表现特征及其产生机理研究 被引量：1

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作者 姚志崇 赵峰 +1 位作者 张军 洪方文 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期8-14,共7页

采用PIV技术对分层流体中拖曳球体尾流及内波的流场进行了测量,捕捉到了清晰的尾流效应内波的流场图像。尾流效应内波不规则,有一定的随机性,迟于模型出现,呈"V"字形,波长较短,且不随内傅氏数明显变化,与体效应内波特征差异... 采用PIV技术对分层流体中拖曳球体尾流及内波的流场进行了测量,捕捉到了清晰的尾流效应内波的流场图像。尾流效应内波不规则,有一定的随机性,迟于模型出现,呈"V"字形,波长较短,且不随内傅氏数明显变化,与体效应内波特征差异明显。通过对尾流激发内波过程的分析,发现尾流效应内波与尾涡结构紧密相关,试验测量的内波波长与St数决定的涡间距吻合,验证了尾涡激发内波是尾流效应产生内波的一种机制。 展开更多

关键词 分层流 拖曳球体 尾流 内波 PIV

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