[發(fā)明專利]基于非均勻入流中螺旋槳空化噪聲數(shù)值預(yù)報的特征提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310538724.7
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103544400B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹紅麗;方世良;朱志峰
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 李玉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于非均勻入流中螺旋槳空化噪聲數(shù)值預(yù)報的特征提取方法，屬于螺旋槳空化輻射噪聲特征提取技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

螺旋槳空化的黏性數(shù)值模擬受多相流模型、湍流模型、空化模型和相變臨界壓力的影響，國內(nèi)外對片空化進行成功模擬的很少，也沒有較優(yōu)的空化模型和湍流模型，成功模擬片空化的都是針對均勻入流；螺旋槳空化輻射噪聲的研究僅限于采用面元法和單個脈沖球形空泡輻射噪聲理論想結(jié)合，或者采用FW-H方程，將空化的脈動體積轉(zhuǎn)化為噪聲，這些方法都沒有很好地跟實際數(shù)據(jù)對比驗證，因此預(yù)報非均勻入流中螺旋槳空化噪聲是一個研究難題，通過數(shù)值預(yù)報螺旋槳空化噪聲來提取螺旋槳空化噪聲特征更是一個研究難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，本發(fā)明提供一種基于非均勻入流中螺旋槳空化噪聲數(shù)值預(yù)報的特征提取方法，該方法通過CFD數(shù)值模擬仿真非均勻入流中螺旋槳片空化的周期形態(tài)和空化面積變化，通過將螺旋槳的片空化輻射噪聲等效為一個大的球形空化輻射，將螺旋槳的片空化面積等效為空化長度，通過空化長度依據(jù)單空泡空化輻射噪聲原理求解螺旋槳片空化輻射噪聲葉頻信息，并通過仿真不同物理條件下的空化輻射噪聲的信息提取螺旋槳空化輻射噪聲的特征。

技術(shù)方案：一種基于非均勻入流中螺旋槳空化噪聲數(shù)值預(yù)報的特征提取方法，首先，對螺旋槳計算域進行網(wǎng)格劃分，檢查網(wǎng)格質(zhì)量并定義邊界條件；接下來，在CFD軟件中，設(shè)置計算模型，進行穩(wěn)態(tài)迭代計算淌水性能參數(shù)和入流口速度驗證模型準確性；然后，在CFD軟件中，將穩(wěn)態(tài)計算作為非穩(wěn)態(tài)計算的初始值進行非穩(wěn)態(tài)迭代計算，并通過后處理顯示螺旋槳片空化周期形態(tài)及記錄片空化面積變化；最后，根據(jù)單空泡輻射噪聲理論由螺旋槳片空化面積計算螺旋槳空化輻射噪聲，進行特征提取。

本發(fā)明的原理是利用單空泡空化輻射噪聲原理求取螺旋槳片空化輻射噪聲葉頻信息，通過仿真不同物理條件下的空化輻射噪聲的信息提取螺旋槳空化輻射噪聲的特征。

本發(fā)明方法的具體實現(xiàn)方式包括以下步驟：

第一步，對螺旋槳計算域進行網(wǎng)格劃分：

設(shè)定坐標原點在螺旋槳中心點處，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸為x軸，螺旋槳的直徑為D，假定x正方向為下游，x負方向為上游；建立計算動域和計算靜止域。進行網(wǎng)格劃分，檢查網(wǎng)格質(zhì)量；定義流體計算域和邊界條件；

第二步，采用一階差分插值計算非均勻入流速度面的速度值：

實測入流速度面的三向速度值（軸向、徑向和切向三個方向），測試點的位置分布在r/R＝0.2,0.4,0.6,0.8,1.0…0.2M_test，其中R為螺旋槳半徑，r為測試點的半徑，M_test為測試半徑的個數(shù)；

入流速度面的面網(wǎng)格劃分采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，徑向的節(jié)點數(shù)為M，一般情況下，M_test＜M，在徑向方向進行一階插值計算，徑向插值的點數(shù)為M_r；

第三步，導(dǎo)入計算網(wǎng)格并進行網(wǎng)格相關(guān)操作：

將網(wǎng)格文件讀入到CFD軟件中（Fluent）進行網(wǎng)格檢查，確保最小網(wǎng)格體積大于零，否則重新劃分網(wǎng)格；進行計算域尺寸的調(diào)整，調(diào)整網(wǎng)格的尺寸比例，使最后尺寸符合實際模型的大小；將網(wǎng)格進行交換和光滑處理，依次按交換系數(shù)從小到大進行光滑和交換操作，直到每個交換系數(shù)的交換網(wǎng)格數(shù)目為零；讀入非均勻入流速度面的速度文本文件；

第四步，計算模型設(shè)置：

在CFD軟件中進行計算模型設(shè)置，定義求解器，按照默認的設(shè)置；選擇K-epsilon模型，在K-epsilon模型下保存默認選項Stadard，在Near-Wall?Treatment選項下選擇標準壁面函數(shù)；流體介質(zhì)的選取，選取water-liquid和water-vapor，根據(jù)實際值設(shè)置流體介質(zhì)的密度和粘性系數(shù)；設(shè)置操作環(huán)境，在Operating?Pressure中根據(jù)實際值寫入環(huán)境壓力；將螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度的單位選為rpm；設(shè)置邊界條件，包括選擇流體動域的坐標系（穩(wěn)態(tài)計算中選取MRF，非穩(wěn)態(tài)計算中選取Moving?Mesh），定義動域旋轉(zhuǎn)軸為x軸，根據(jù)實際值設(shè)定選準速度，速度方向遵循右手定則，默認流體靜止域為靜止坐標系，非均勻入流速度面的速度采用笛卡爾坐標系，分別選擇profile讀入文本文件中的v_x，v_y，v_z，靜止域的外圍入流速度采用笛卡爾坐標系，x方向的速度值根據(jù)實際的入流速度進行設(shè)定，壓力出口選擇靜壓力為零，定義螺旋槳的槳葉和槳轂壁面速度無滑移，粗糙系數(shù)為0；定義交界面；