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潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟
| 论文题名： | 潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟 |
| 关键词： | 潜艇;边界元法;流固耦合;流激噪声;数值模拟 |
| 摘要： | 潜艇的水动力噪声是由潜艇周围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耦合作用导致的结构振动共同引起的。其中,湍流边界层内的速度扰动和壁面脉动压力分别相当于四极子声源和偶极子声源,二者共同构成了流噪声;流体与固体的耦合作用会进一步产生流激噪声,导致噪声数值增大。水动力噪声严重威胁了潜艇的隐蔽性,因此研究水动力噪声的产生与特性具有重要意义。 流噪声的研究从Lighthill提出声学类比理论开始,传统的声学类比理论由于采用了紧致声源的假定,虽然在求解远场声学信息时可以得到准确解,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,使得其可以准确求解声场中所有位置处的声学信息。 本文以SUBOFF潜艇为研究对象,首先,利用大涡模拟求解潜艇的绕流场,将得到的流场解与试验值进行对比,验证了流场计算的准确性。采用传统的声学类比理论 FW-H方程和边界元法,分别计算了潜艇沿 X、Y、Z三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。结果表明,两种方法在远场的解十分接近,但在近场,FW-H方程得到的解偏大。 其次,本文研究了流固耦合作用下潜艇产生的流激噪声,该噪声为流噪声与流激作用下潜艇结构振动噪声的叠加。将流场计算得到的脉动压力作为外载荷施加于潜艇结构,求出潜艇结构的振动位移,通过声学波动 Helmholtz方程即可求出由于流激振动产生的振动噪声。所得的结果显示,同一频率下流激噪声的数值大于流噪声。在近场区域,二者数值上的差距较大,随着壁面距离的增加,流激噪声衰减的速度大于流噪声,二者的差距不断减小,最终几乎保持不变 最后,本文研究了不同流场速度和潜艇壁厚下,声场中各特征点处流激噪声的变化规律。结果表明,流场速度的增加会使流激噪声增加,不同流场速度下同一特征点处流激噪声的声压频率曲线在相近的频率下取得极值。潜艇壁厚的增加会使流激噪声减小,不同潜艇壁厚下同一特征点处流激噪声声压频率曲线取极值的频率不同。 |
| 作者： | 江文成 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张怀新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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