水下正极脉冲流光放电冲击波流场与声场数值模拟研究

发布时间：2020-08-26 04:36

【摘要】：无论军事还是民用上,对水下声源的要求越来越高,尤其是目前的低频声源体积庞大,适应性差。而水下等离子体放电过程中,产生低频的声波,可以用来设计新型的水下声源。但放电发生时间短,产生的冲击波压强大,实验难度大,且属于非线性问题,理论解析进展慢。本文从数值模拟的角度对水下等离子体放电产生的冲击波与声波进行了分析和研究,具有一定的工程意义。本文首先分析了放电过程中流光丝的产生与演变,推测了冲击波产生的原因,然后给出了本文数值模拟的计算方法,即计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)和计算气动声学(Computational Aero Acoustics,CAA)混合方法。这种方法将流场和声场解耦,保证精度的同时降低了计算量。本文利用CFD方法,结合动网格技术实现了放电过程中一条流光丝的运动。首先分别模拟了流光丝直线运动和间歇性直线运动的情况,结果与实验照片中的现象不符合,认为实际流光丝演变不是上述两种情况。随后,分析了上述情况的问题所在,重新设置了流光丝运动状态,并分别模拟了流光丝上一个和五个冲击波点的情况,计算结果与实验比较符合,说明本文使用的数值计算方法适用于分析水下正极脉冲放电现象。本文建立的模型可以描述流光丝的运动状态,能够帮助分析冲击波的产生与演变,为建立放电参数与冲击波的关系提供帮助。本文通过CAA方法,利用CFD计算结果,设置合理的积分面后,通过FW-H方程得到了目标点的声压信息,并通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)得到频域信息。数值计算结果表明,水下正极脉冲流光丝放电的冲击波声场具有低频能量高,高指向性的特点,适合作为新型的水下声源。同时说明,利用CFD和CAA混合的方法,来分析水下等离子体放电的物理现象是可行的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB56

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本文编号：2804698