密度分层对热射流流动的影响预测模型

毛德龙，王康硕，沙 江，何 凛，任海刚，王怡豪，王 奔

(中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094)

0 引 言

水下航行体因其极强的隐蔽性与突袭性而在军用领域占有重要地位，其中以潜艇最具代表性[1]。近年来，受益于光电技术的飞速发展，红外探测设备的分辨率、精度和抗干扰能力大大提高，红外探潜作为一种重要的非声探潜措施，以其探测范围大、昼夜工作、被动探测等优点而被广泛关注[2-4]。水下航行体在航行过程中，其动力系统产生的废热会被冷却水吸收，并随冷却水排放到海水中。这些冷却水的温度明显高于周围水体的温度，在密度差的驱使下向上浮升，有可能在海面形成温度异常的红外特征。

目前，相关学者针对密度分层对热射流流动的影响进行了大量研究，并取得了一系列成果。江传富等[5]提出了热尾流不同发展阶段的物理模型，分析了其在密度均匀和分层流体中的浮升规律；张昊春等[6]建立了温度分层环境和均匀介质环境中的射流模型，计算得到了热尾流的温度分布特性及浮升扩散过程中的衰减规律；杨立等[7]通过对线性密度分层流体中热尾流的浮升过程研究，发现了流体的分层会抑制热尾流的浮升。

海水的温度分布受诸多因素的影响，如深度、地理位置、季节、太阳辐射和海洋大气热交换等。海水温度随深度的增加而显著递减，根据NOAA（National Oceanic and Atomspheric Administration）数据库WOD(World Ocean Database)可得海水温度沿着深度方向的变化规律[8]，不同纬度地区海水总体温度变化值约在30℃左右；……