王保霖， 杜永成， 张泽华， 吴霆锋， 杨立

(海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033)

潜艇航行时会通过冷却水排放大量的废热到背景水域，冷却水与背景水体掺混换热进一步形成大范围的温热水。温热水经过一个复杂的浮升、扩散过程，在海洋表面可能形成可被探测到的红外尾迹[1-2]。潜艇航行后产生的红外尾迹具有持续时间长，扰动范围广的特点，利用反潜机和卫星搭载高分辨率的红外探测器可以对海面进行全天候监测。

受诸多现实制约因素的影响，目前针对潜艇热尾流的研究主要采用缩比模型试验和数值模拟。Merritt[3]通过实验研究发现，在温度分层的水域中，尾流在某一时刻会在其垂直方向上发生衰减，尾流衰减发生的时间与尾流的掺混程度、内外温度梯度以及螺旋桨的扰动有关。杨卫平等[4]建立了几何相似比为1∶200的缩比潜艇模型，以弗劳德数相似为准则，使用红外热像仪对水面热尾迹进行监测。发现在潜艇航行过后，水面的区域灰度均值和均方差发生了明显的变化。张修峰等[5]通过实验发现，水面尾迹在温度均匀的环境中表现为热特征尾迹，在分层环境下表现为冷特征尾迹。相关学者对潜艇后方的湍流尾迹也进行了大量研究研究，Voropayev等[6]通过试验观察到了潜艇机动运动时后方产生的大尺度涡。

计算能力的提高，推动了热尾流数值模拟研究的发展，目前数值模拟主要使用“来流法”和“动网格法”。“来流法”实现了潜艇与背景水体的相对运动，即保持潜艇静止，水体以潜艇运动相同大小的速度流向潜艇，该方法可以极大地缩减计算时间。……