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(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

水下滑翔机是一种利用浮力驱动的自主式水下运载器(autonomous underwater vehicles， AUVs)。水下滑翔机按其改变浮力的动力来源可分为电力驱动水下滑翔机和温差能驱动水下滑翔机(水下热滑翔)[1]。电力驱动的滑翔机的航行时间一般为20～330 d[2]，而水下热滑翔机利用相变材料在滑翔循环中的相变过程吸收海洋热能作为能源，其续航能力可高达4～5年[3]。

相变材料的熔点介于海水顶层温度和底层温度之间，在水下热滑翔机滑翔过程中，相变材料发生固-液相变为滑翔机提供动力。在弱温差层中，相变过程受到阻碍，完整的相变循环遭到破坏，无法为水下热滑翔机正常工作提供足够的动力。水下热滑翔机在遭遇弱温差层时，一般通过两种手段保证弱温差下的相变过程的完整进行：①在设计过程中充分考虑可能遭遇的海洋温差条件，设计合理的相变材料储存容器；②在水下热滑翔机遭遇弱温差层时，对其运动参数进行调整。因此，需要分析直接与相变过程相关的水下热滑翔机机体参数和运动参数，研究这些参数对弱温差下水下热滑翔的相变过程的影响，从而得出水下热滑翔机克服弱温差环境的方法。

1 相变材料数学建模

相变材料储存在圆柱体的水平管中，见图1。

图1 相变材料水平管

在温差能驱动滑翔机航程中，圆管容器始终暴露在海水中，管内相变材料通过器壁与海水进行热交换，获取温差能。

建立数学模型时，对相变材料进行以下假设。……