高雷諾數(shù)下圓柱繞流噪聲數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、水下航行器的天線和升降平臺等凸出附體在運(yùn)動中產(chǎn)生圓柱繞流噪聲，并在高速下成為影響水下航行器隱蔽性的重要因素。如何采用數(shù)值模擬方法精確預(yù)報(bào)圓柱繞流水動力噪聲，對準(zhǔn)確評估水下航行器噪聲并開展優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要的意義。然而，由于雷諾數(shù)較高、流態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致水下圓柱繞流噪聲計(jì)算困難，研究結(jié)果缺乏。本文以三維剛性圓柱為研究對象，開展了基于大渦模擬和 Lighthill聲類比理論的混合數(shù)值模擬方法研究，探討了流場和聲場模型參數(shù)對計(jì)算結(jié)果的影響，評估

2、了水下結(jié)構(gòu)水動力噪聲的計(jì)算精度，為水下航行器的流噪聲精準(zhǔn)預(yù)報(bào)提供技術(shù)手段。
　　首先參考低馬赫數(shù)下的雙圓柱繞流氣動噪聲試驗(yàn)，對三維雙圓柱非定常流場進(jìn)行大渦模擬，采用基于有限元/無限元的Lighthill聲類比理論求解流噪聲。給出了流場穩(wěn)定性的分析方法和合理的聲學(xué)模型參數(shù)，得到了低馬赫數(shù)下圓柱繞流噪聲的數(shù)值模擬方法。通過與試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了該混合流噪聲數(shù)值模擬方法的可靠性。
　　在此基礎(chǔ)上，計(jì)算水下有限高圓柱繞流流場和噪聲特

3、性，進(jìn)行詳細(xì)的流場和聲場數(shù)值模擬方法研究。對比試驗(yàn)結(jié)果，在考察 Y+值、展向網(wǎng)格尺度ΔZ/D值、CFL數(shù)、SGS模型及Smagoringsky系數(shù)對流場計(jì)算結(jié)果的影響后，得到了準(zhǔn)確的流場模型參數(shù)和可信的瞬態(tài)流場結(jié)果。通過FFT和網(wǎng)格插值得到聲源信息，探討聲學(xué)網(wǎng)格、無限元基面和濾波函數(shù)對圓柱繞流噪聲的影響，得到了合適的聲場計(jì)算模型。通過不同模型參數(shù)的討論，建立了高雷諾數(shù)下圓柱繞流水動力噪聲的數(shù)值模擬方法。
　　最后，采用該混合數(shù)值模

4、擬方法計(jì)算并分析了雷諾數(shù)、間距比以及排列方式對水下單圓柱及雙圓柱繞流噪聲特性的影響。研究表明，雷諾數(shù)對聲場分布影響顯著，本文計(jì)算案例中雷諾數(shù)與聲壓總級呈非線性正相關(guān)，減小雷諾數(shù)能有效降低圓柱繞流水動力噪聲；Re=4.3×104、Re=1.0×105和Re=1.8×105下單圓柱繞流水動力噪聲的聲學(xué)指向性相近；Re=2.5×105下聲學(xué)指向性與偶極子聲源相似，垂直于來流方向上的輻射噪聲最大。隨著本文計(jì)算案例中間距比的增加，雙圓柱繞流水動力