水下航行体流致噪声的数值研究

发布时间：2017-08-09 22:26

  本文关键词：水下航行体流致噪声的数值研究

  更多相关文章： 流噪声 Lighthill声学类比理论 边界元法 Fluent与LMS Virtual Lab联合仿真 大涡模拟

【摘要】：当潜艇在水下航行时，潜艇周围会形成湍流边界层，由于湍流边界层内的扰动、壁面上的脉动压力以及流体与固体的藕合作用导致的结构振动共同引起潜艇的水动力噪声。其中，湍流边界层内的速度扰动为四偶极子噪声声源，壁面脉动压力为偶极子噪声声源，四偶极子噪声和偶极子噪声二者共同构成了流噪声；流体与固体的藕合作用会进一步产生流激噪声，导致噪声数值增大。潜艇的隐蔽性至关重要，水动力噪声严重威肋了潜艇的隐蔽性，因此研究水动力噪声的产生与特性具有重要意义。 流噪声的研究开始于Lighthill声学类比理论的提出，Lighthill声学类比理论由于采用了紧致声源的假设，能够很准确的求解远场声学信息，但在近场的求解中会产生较大误差。边界元法作为求解声场的另一种手段，由于在理论推导中通过对“奇点”的特殊处理，该方法可以求解声场中所有位置处的声学信息，但是本人觉得近场求得的声场信息的可靠性还有待研究。 本文以SUBOFF潜艇为研究对象，首先，，利用SIMPLE算法并结合RNGk湍流模型求解潜艇的绕流场，然后将流场所求得的解与试验值进行对比和分析，验证了流场计算的准确性和可靠性。然后采用Lighthill声学类比理论FW-H方程和边界元法，分别计算了潜艇沿X、Y两个方向上一系列特征点处的流噪声，并对两种解法得到的解进行了对比和分析。经计算结果分析表明，两种方法都能很好的求解远场声场信息。 其次，本文研究了自由液面对潜艇辐射噪声的影响，利用Fluent与LMSVirtual Lab联合仿真，利用Fluent提供准确流场湍流边界层的脉动压力，也就是声源信息，然后将声源信息导入到LMS Virtual Lab中进行各种声学边界条件的设置，最后进行声场辐射噪声的计算工作。结果表明自由液面对横剖面上的辐射噪声影响比较大，对纵剖面上的辐射声场影响比较小。
【关键词】：流噪声 Lighthill声学类比理论 边界元法 Fluent与LMS Virtual Lab联合仿真 大涡模拟
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 水下航行体噪声研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外水下航行体噪声研究的现状9-13
• 1.2.1 潜艇绕流场数值模拟的进展和现状9-11
• 1.2.2 Lighthill 声学类比理论11-13
• 1.3 本文的主要工作内容13-15
• 第2章 基于 Fluent 应用 FW—H 方程计算流噪声15-38
• 2.1 引言15
• 2.2 流动基本方程15-17
• 2.3 大涡模拟理论及控制方程17-20
• 2.3.1 滤波函数17-19
• 2.3.2 亚格子尺度模型19-20
• 2.4 声学类比理论与 FW-H 方程20-26
• 2.4.1 Lighthill 声学类比理论20-23
• 2.4.2 Curle 声学积分公式23-24
• 2.4.3 FW-H 方程24-26
• 2.5 计算模型与边界条件26-30
• 2.5.1 模型选择与网格划分26-29
• 2.5.2 计算区域边界条件设定29-30
• 2.6 计算结果与分析30-37
• 2.6.1 潜艇绕流场定常稳态的计算结果与分析30-34
• 2.6.2 潜艇流噪声的计算结果与分析34-37
• 2.7 本章小结37-38
• 第3章 基于 LMS 应用 BEM 方程计算流噪声38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 边界元计算流噪声理论38-40
• 3.3 基于边界元方法计算流噪声分析40-45
• 3.3.1 偶极子与表面声压分布40-42
• 3.3.2 声场云图与指向性计算结果42-44
• 3.3.3 流噪声特征点的频域分析44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 流噪声结果比较分析46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 沿 X 方向辐射噪声变化趋势46-49
• 4.3 沿 Y 方向辐射噪声变化趋势49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 自由液面对水下航行体噪声的影响54-61
• 5.1 引言54
• 5.2 自由液面对辐射声场的影响54-60
• 5.2.1 自由液面对 Y 方向（横剖面）辐射噪声的影响54-57
• 5.2.2 自由液面对 X 方向（纵剖面）辐射噪声的影响57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张怀新;潘雨村;;CFD在潜艇外形方案比较中的应用[J];船舶力学;2006年04期

2 张楠;沈泓萃;姚惠之;朱锡清;俞孟萨;;孔穴流激噪声的计算与验证研究[J];船舶力学;2008年05期

3 毕毅;高霄鹏;王波;杨国桢;;潜艇水动力噪声的自航模试验技术研究[J];海军工程大学学报;2007年05期

4 吕世金;俞孟萨;李东升;;水下航行体水动力辐射噪声预报方法研究[J];水动力学研究与进展A辑;2007年04期

5 卢云涛;张怀新;潘徐杰;;全附体潜艇的流场和流噪声的数值模拟[J];振动与冲击;2008年09期

本文编号：647643