水下涡流场前向声散射特性分析
发布时间：2021-01-11 17:25
研究水下涡声散射特性,在目标探测和流场声成像领域具有重要意义。针对水下低马赫数涡流场前向声散射建立了数值计算方法,探究了其形态函数和指向性。首先,基于摄动声学理论给出了考虑流声耦合作用的涡声散射模型,采用时域有限差分结合完美匹配层构建了数值求解方法;随后,在算法验证的基础上,预报分析了高斯涡涡核尺寸在1～10 m,同时入射平面波无量纲波数在1～10范围内,涡流场强度对前向声散射特性的影响。结果表明,低马赫数下,声散射场具有对称性,且有明显的主瓣和指向性。其前向散射形态函数随入射波波数、涡核尺寸、涡流场强度增加而增大;主瓣方位角随波数增加而趋近入射波传播方向。
【文章来源】：声学学报. 2020,45(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图３不同网格尺寸散射声压指向性对比??３．３?ＰＭＬ层数影响??
５８??２０２０?年??０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｍ／ｓ）??图５涡流场２／二（）处流体速度曲线??图６监测点声压时间曲线??ｘ（ｍ）??图７涡流场散射声压云图（（?＝?０．０４８?ｓ）??涡核中心距离ｒ?＝?２５?ｍ。??对？／＝〇处ｙ方向流体速度作曲线如图５所示。??流体速度在１?ｍ处达到最大值，随后速度随距离增??加而迅速减小，在较远处流速较低。??监测点散射声压随时间变化曲线如图６所示，??计算总时长为〇．〇５ｓ．从图中可以看到，０．０４?Ｓ后散??射声压变化达到稳定阶段，散射声压幅值几乎不再??变化。??ｆ?＝?０．０４８?ｓ?Ｂ寸刻无因次散射声压（％／＆）云图??如图７所示。为方便后文讨论，分别定义迎流区和??顺流区。以ｙ?＝?〇为分界线，其上方区域定义为迎流??区，下方区域为顺流区。在迎流区内，流场速度水平??分方向与平面波入射方向相反，均沿轴负向。??在顺流区，流场速度水平分量方向与平面波入射方??１６??Ｓｐｒｍｓ?＝?ｙ?／?ＳＰ２，ｄｔ／Ｔ，?（１３）??其中，『为时长，取入射波两倍周期，即：Ｔ?＝?４７Ｔ／（ｆｃＣ〇０）；??＝５ｐ?－?＜５／＾．为时域散射声压。??从图３中可以看到，Ａ．ｒ?＝?０．２５?ｍ和０．５?ｍ时散??射声压指向性曲线吻合较好，一个波长内不少于１０??个网格节点即可得到很好的求解结果。因此，后续计??算中选择一个波长内１０个节点进行网格划分。??９０＇??图３不同网格尺寸散射声压指向性对比??３．３?ＰＭＬ层数影响??本节分析ＰＭＬ层数对计算结果的影响，设置??ＰＭＬ层数分别为总网格层数的１／８，?１／５，?１／４，?３／１
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【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋波导中刚性球及旋转椭球前向散射场时频特征的畸变[J]. 马黎黎,王仁乾. 声学学报. 2014(04)
[2]水下弹性球体对Bessel波束散射的计算及分析[J]. 李威,渠鸿飞,宋志伟. 声学学报. 2013(01)
[3]收发分置目标强度的计算及前向散射信号的分离[J]. 马黎黎,王仁乾,项海格. 声学学报(中文版). 2009(06)
[4]声波方程完全匹配层吸收边界[J]. 王守东. 石油地球物理勘探. 2003(01)
博士论文
[1]水下动量源生成大尺度涡结构特性研究[D]. 陈科.上海交通大学 2013
本文编号：2971185
【文章来源】：声学学报. 2020,45(01)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图３不同网格尺寸散射声压指向性对比??３．３?ＰＭＬ层数影响??
５８??２０２０?年??０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｍ／ｓ）??图５涡流场２／二（）处流体速度曲线??图６监测点声压时间曲线??ｘ（ｍ）??图７涡流场散射声压云图（（?＝?０．０４８?ｓ）??涡核中心距离ｒ?＝?２５?ｍ。??对？／＝〇处ｙ方向流体速度作曲线如图５所示。??流体速度在１?ｍ处达到最大值，随后速度随距离增??加而迅速减小，在较远处流速较低。??监测点散射声压随时间变化曲线如图６所示，??计算总时长为〇．〇５ｓ．从图中可以看到，０．０４?Ｓ后散??射声压变化达到稳定阶段，散射声压幅值几乎不再??变化。??ｆ?＝?０．０４８?ｓ?Ｂ寸刻无因次散射声压（％／＆）云图??如图７所示。为方便后文讨论，分别定义迎流区和??顺流区。以ｙ?＝?〇为分界线，其上方区域定义为迎流??区，下方区域为顺流区。在迎流区内，流场速度水平??分方向与平面波入射方向相反，均沿轴负向。??在顺流区，流场速度水平分量方向与平面波入射方??１６??Ｓｐｒｍｓ?＝?ｙ?／?ＳＰ２，ｄｔ／Ｔ，?（１３）??其中，『为时长，取入射波两倍周期，即：Ｔ?＝?４７Ｔ／（ｆｃＣ〇０）；??＝５ｐ?－?＜５／＾．为时域散射声压。??从图３中可以看到，Ａ．ｒ?＝?０．２５?ｍ和０．５?ｍ时散??射声压指向性曲线吻合较好，一个波长内不少于１０??个网格节点即可得到很好的求解结果。因此，后续计??算中选择一个波长内１０个节点进行网格划分。??９０＇??图３不同网格尺寸散射声压指向性对比??３．３?ＰＭＬ层数影响??本节分析ＰＭＬ层数对计算结果的影响，设置??ＰＭＬ层数分别为总网格层数的１／８，?１／５，?１／４，?３／１
５８??２０２０?年??０?１０?２０?３０?４０?５０??ｘ?（ｍ／ｓ）??图５涡流场２／二（）处流体速度曲线??图６监测点声压时间曲线??ｘ（ｍ）??图７涡流场散射声压云图（（?＝?０．０４８?ｓ）??涡核中心距离ｒ?＝?２５?ｍ。??对？／＝〇处ｙ方向流体速度作曲线如图５所示。??流体速度在１?ｍ处达到最大值，随后速度随距离增??加而迅速减小，在较远处流速较低。??监测点散射声压随时间变化曲线如图６所示，??计算总时长为〇．〇５ｓ．从图中可以看到，０．０４?Ｓ后散??射声压变化达到稳定阶段，散射声压幅值几乎不再??变化。??ｆ?＝?０．０４８?ｓ?Ｂ寸刻无因次散射声压（％／＆）云图??如图７所示。为方便后文讨论，分别定义迎流区和??顺流区。以ｙ?＝?〇为分界线，其上方区域定义为迎流??区，下方区域为顺流区。在迎流区内，流场速度水平??分方向与平面波入射方向相反，均沿轴负向。??在顺流区，流场速度水平分量方向与平面波入射方??１６??Ｓｐｒｍｓ?＝?ｙ?／?ＳＰ２，ｄｔ／Ｔ，?（１３）??其中，『为时长，取入射波两倍周期，即：Ｔ?＝?４７Ｔ／（ｆｃＣ〇０）；??＝５ｐ?－?＜５／＾．为时域散射声压。??从图３中可以看到，Ａ．ｒ?＝?０．２５?ｍ和０．５?ｍ时散??射声压指向性曲线吻合较好，一个波长内不少于１０??个网格节点即可得到很好的求解结果。因此，后续计??算中选择一个波长内１０个节点进行网格划分。??９０＇??图３不同网格尺寸散射声压指向性对比??３．３?ＰＭＬ层数影响??本节分析ＰＭＬ层数对计算结果的影响，设置??ＰＭＬ层数分别为总网格层数的１／８，?１／５，?１／４，?３／１
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋波导中刚性球及旋转椭球前向散射场时频特征的畸变[J]. 马黎黎,王仁乾. 声学学报. 2014(04)
[2]水下弹性球体对Bessel波束散射的计算及分析[J]. 李威,渠鸿飞,宋志伟. 声学学报. 2013(01)
[3]收发分置目标强度的计算及前向散射信号的分离[J]. 马黎黎,王仁乾,项海格. 声学学报(中文版). 2009(06)
[4]声波方程完全匹配层吸收边界[J]. 王守东. 石油地球物理勘探. 2003(01)
博士论文
[1]水下动量源生成大尺度涡结构特性研究[D]. 陈科.上海交通大学 2013
本文编号：2971185
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/2971185.html
