基于涡流发生器的流动控制与降噪技术研究

发布时间：2020-11-11 06:04

　　 潜艇在水下高速航行时,水动力噪声成为主要噪声源,极大的破坏了潜艇的声隐身性能,涡流发生器是空气动力学中较为常见的流动控制装置,本文提出了基于涡流发生器控制指挥台围壳的不稳定流动,降低其水动力噪声的方法,从流动控制角度为降低潜艇水动力噪声提供了新的思路。本文以SUBOFF标准潜艇的指挥台围壳-艇身模型为研究对象,通过大涡模拟(LES)求解流场信息,利用声类比及有限元与无限元结合的方法求解流激噪声,分析围壳与艇身结合处产生的马蹄涡激励围壳产生的流激噪声特性,采用在围壳前缘与艇身结合处施加机械式涡流发生器的方法,减弱马蹄涡的强度,降低因马蹄涡产生的流激噪声。分析围壳表面边界层分离与尾涡脱落产生的流激噪声特性,采用在围壳转捩区施加微型涡流发生器的方法,控制边界层分离,降低因边界层分离与尾涡脱落产生的流激噪声,分析了机械式涡流发生器与微型涡流发生器的流动与噪声控制机理。通过改变机械式涡流发生器的形状,与来流方向夹角,距围壳前缘距离;改变微型涡流发生器的攻角,入射角、高度,确定了降噪效果最佳的两类涡流发生器几何参数。在此基础上,通过开展试验验证,在重力式水洞中利用混响法与湍流脉动压力测量法测量了添加机械式涡流发生器模型的水动力噪声,进一步评价了机械式涡流发生器的降噪能力,验证了数值计算方法的准确性。本文的研究结果为潜艇水动力噪声的治理提供了相关参考,为高航速条件下的潜艇减振降噪奠定了基础。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U674.76
【部分图文】：

哈尔滨工程大学硕士学位论文接求解瞬时的 N-S 方程，无需对湍流流动做近似与简化，可以得到非常准确的结果，但是 DNS 法对内存空间与计算速度要求非常高，目前无法真正意义上用于计算。非直接模拟法中的雷诺应力平均法重点分析的是湍流引起的平均流动变化，将瞬时的湍流脉动量通过时均化方程体现，通过求解时均化的雷诺应力方程代替求解瞬时的 N-S 方程，时均化的雷诺应力方程又被称为 RANS 方程，故雷诺应力平均法可以被称为 RANS 方法。大涡模拟法（LES）放弃了全尺度范围的涡的模拟，将比网格尺度大的涡结构通过求解N-S 方程得到，小尺度涡对大尺度涡的影响通过模型进行近似，图 2.1 为上述湍流数值模拟方法的分类图。

图 2.2 模型流激噪声辐射示意图 2.2 所示，模型 S 向无限大的区域 V 辐射流激噪声，模型表面流激噪在 V 内满足波动方程：得到 Helmholtz 方程如下：022 P kP P为复数形式的振幅，其与空间坐标及频率有关，k 为波数。引入有的方法，其中在 V1区域采用有限元的方法进行离散求解，在 V2区域进行离散求解。V1依照有限元方法离散为有限个单元，(2-29)可表示为： K kMP F2 K 为刚度矩阵，M 为质量矩阵，F 为载荷列向量V2区域使用一层无限单元进行离散，无限元单元内流激噪声声场可由压插值得到：1122P P P ，2 为插值函数，单元的质量矩阵与刚度矩阵可以表示为： e ijeijMWde e eKWd

该模型比例为 1:48，模型几何参数如图所示。图 2.3 物理模型示意图2.3.2 计算方法本文使用 ICEM CFD、Solidworks、CATIA 完成了原始模型与含涡流发生器三维模型的设计，流场与声场计算模型的建立和网格划分，使用 CFD 软件 Fluent 求得流场信息，使用声学有限元计算软件 ACTRAN 计算模型的流激噪声，计算流程如图 2.4 所示。图 2.4 计算流程图
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本文编号：2878850