线性分层流体中小球生成尾迹内波实验研究.pdfVIP

第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 线性分层流体中小球生成尾迹内波实验研究 赵先奇1魏岗12·吴宁1尤云祥2 (1解放军理工大学应用数学与物理系，江苏南京2lllOl。 奉 2．卜海交通人学海洋1：程国家重点实验室，上海200030 Email：g型￡i@§j!坠：曼亟丛：鳃) 摘要：本研究在密度线性分层的盐水中，对小球运动生成的尾迹内波问题进行了试验研究． 采用多点组合探头阵列的动态测量方法，测量分析了拖曳小球产生的体积效应内波向尾迹内 波转变的临界内Froude数，及尾迹内波的垂向位移场和波形结构，试验确定了运动球激发尾 迹内波的等效源体积，本研究的试验结果与理论模型的预测结果相吻合． 关键词：分层流；内波；尾迹；等效源 1 引言 从内波生成机理的角度，运动物体生成的内波可以分为两类：一类是由运动物体表面的 intemal wave)； 流动分离与背景密度分层流体相互作用产生的体积效应内波(body．generated 另一类是由运动物体尾部的涡泄或湍流尾迹与背景密度分层流体相互作用产生的尾迹内波 imemal 2’， (wake．genemtedwave)。体积效应内波的相关特性已有大量的理论和数值研究报道Il 其结果也得到诸多试验的证实13巧J。有关尾迹内波的理论和数值研究，一些学者已经进行了探 索性研究【6。7l。然而，一方面由于分层环境的差异以及尾部流场结构的复杂性：另一方面，尾 迹内波三维结构的定量测量的困难。因此，目前对于尾迹内波的生成机理及其动力学特性的 认识尚不够深入和全面。 本研究通过模型试验和数值模拟的方法，研究了密度线性分层流体中小球运动生成的尾 迹内波。试验研究重点测量和分析尾迹内波的相关速度、垂向位移场及其波形结构，数值模 拟采用等效源汇法米模拟漩涡与湍流产生的尾迹内波，并将试验结果和数值结果进行了比较。 2试验方法 试验在解放军理’r人学重力式分层流拖曳水槽中进行，水槽长×宽×高=12m×1．2m× 1m。采用“舣缸法”制取分层流体，图1给出了试验中线性分层流体的密度剖面，试验水深 动采用循环拖曳方式，拖曳速度范围在0．2m／s。试验中共布置了二组探头阵列，如图2所示， ‘国家自然科学基金和解放军理T人学预研摹金资助。 ．410． 第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 第一组由水平横向(沿y方向)均匀排列的9只探头组成，第一只探头位于水槽中轴线上，探 头彼此间隔O．07硼，探头阵列可整体垂向(沿z方向)移动，以获得尾迹在不同深度水平面(x，)，) 上的结构；第二组由垂直方向(沿z方向)均匀排列的8只探头组成，第一只探头 距离水面0．055m，探头彼此间隔O．1m，探头阵列可整体水平横向移动，以获得尾迹在不同垂 向剖面@，z)上的结构；第三组由沿x方向的3只探头组成，探头间距离依此为 cm，探头阵列可整体垂向和水平横向移动，可通过记录相邻探头扰动峰值 缸=5．0，15．O，20．0 之间的相关时间，计算出内波沿模型运动方向的传播速度U。三组探头被分别固定于直径为 O．3cm的直钢丝，由于本研究实验所测内波波长通常在102cm的量级，因此，探头及支撑结构 尺寸对测量结果的影响可以忽略。 Oo 叭l 们2 ¨3 ¨4 J，llo矗占 ¨5 ¨6 ”7 们8 T上 1．O∞ 1．Ol 1．015 1．睨 酗墙ity／g·耐 图1线性密度剖面图