內孤立波是一种常见的海水运动形式,其与潜体的相互作用是海洋工程和国防建设中关注的一个关键问题。深入理解内孤立波与潜体相互作用的规律及其力学机理对于潜体的设计、制造和运行至关重要。本文用数值模拟方法对内孤立波与潜体的相互作用特征及机理开展了比较系统的研究。首先,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程(RANS)及内孤立波理论建立了二维内孤立波数值水槽。用流体体积方法(VOF)捕捉分界面;用动网格技术实现了双推板造波方法的数值化。用典型案例对数值水槽的性能及流固耦合算法进行了检验,数值模拟结果与解析解和实验数据符合良好。其次,根据多方案数值模拟的结果分析了表面边界条件、潜深、振幅和潜体水平尺度对内孤立波与固定潜体相互作用的影响。结果表明:在正常工况下,表面边界条件对固定潜体水动力特性无显著影响;潜深、振幅和潜体水平尺度对其水动力特性影响较大;在分界面附近潜体的受力变化剧烈,潜体受到的垂向力主要是由密度差(即浮力)导致的;潜体的水平尺寸越大,水动力幅值越大。然后,分析了内孤立波与悬浮潜体的相互作用。结果表明:在孤立波作用下,无航速悬浮潜体在短时间内迅速下沉并且转动,其运动响应受到潜体潜深和孤立波振幅的影响。此外,因潜体转动,导致迎流面变大,悬浮潜体的水平力显著增大。最后,初步探讨了内孤立波与有航速潜体的相互作用。结果表明:在有航速的情况下,潜体受到的水平力较无航速大,二者的差值基本恒定;垂向力负向最大值较无航速小;力矩远大于无航速时的力矩;航速对固定潜体水动力变化趋势无显著影响。同时,由于相对速度变大,有航速潜体受内孤立波的作用时间缩短,潜体水动力变化更为剧烈。有航速悬浮潜体在孤立波作用下在很短的时间内迅速上浮并且转动,同时其受力幅值也远大于无航速时的受力幅值。