[發明專利]基于螺旋槳尾流壓力脈動計算的空化噪聲特征估計方法

有效

• 申請號: 201410345592.0
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104091085B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 朱志峰
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

1.基于螺旋槳尾流壓力脈動計算的空化噪聲特征估計取方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)備用網格生成并導入計算程序后生成算例文件：

利用專業建模軟件制作螺旋槳三維幾何模型后導入網格生成軟件，在網格劃分軟件中建立三種備選網格，這三種備選網格的計算域相同，速度入流邊界距離螺旋槳中心為1D，D為螺旋槳直徑，下游壓力出口邊界距離為5D，螺旋槳中心至側面外圍距離為2.5D，這三個網格的網格單元數量按照倍數逐漸增加，對網格中相鄰邊界的網格單元尺寸在邊界點合理過渡，使得網格中所有體網格單元的skew都限定在0.9以內；

(2)空化模型和湍流模型設定：

采用全空化模型和重整化群湍流模型，并對其重要參數進行修正；

(3)數值計算參數設定：

對工況條件、邊界條件和數值算法的相關參數進行設定；

(4)數值計算：

采用逐級分步驟的計算過程，在螺旋槳工況參數中，環境壓力和入流速度可以直接設定到工況值，而螺旋槳轉速采用分級增加，直到增加到預定工況值；先計算無空化模型流場分布，等到計算穩定后再打開空化模型；先對壓力、密度、動量和汽相分數等參數進行一階精度離散格式計算，計算穩定后，再將離散精度提高到二階或QUCIK等，并采用并行計算技術來進行計算；

(5)數值方法可靠性驗證及網格確定：

將典型工況下對螺旋槳槳的水動力參數和空化的數值計算結果與相關實驗結果進行比較，以驗證網格無關性和所采用數值方法的可靠性；并對數值計算結果中水動力參數和空化進行比較，當結果隨著網格數量的增加而趨于穩定并與實驗結果一致時，則選定滿足條件中網格單元數量最少的網格作為下面數值計算的選定網格；否則適當增加網格數量，重復步驟1重新開始；

(6)空化尾流壓力脈動非定常數值計算：

采用步驟5中的選定網格，對螺旋槳的尾流場在所需工況條件下進行非定常數值計算，在計算程序中對尾流場中某一特定位置(A點)壓力脈動檢測并保存其檢測數據，同時對數據進行無量綱化；

(7)壓力脈動信號功率譜變換及低頻線譜幅值提取：

采用信號處理中快速傅立葉變換方法對流場中壓力脈動等物理量和噪聲信號數據進行功率譜變換，并對低頻線譜幅值進行提取；再利用尾流場壓力脈動特征與空化噪聲被槳葉調制特征的相似性，建立從壓力脈動的低頻線譜幅值到噪聲的低頻線譜幅值的特征對應關系；

(8)線譜特征估計及分析：

將步驟7中低頻線譜幅值一一對應到噪聲信號功率譜的低頻線譜幅值，作為對空化噪聲信號低頻線譜幅值分布特征的估計。

2.如權利要求1所述的基于螺旋槳尾流壓力脈動計算的空化噪聲特征估計方法，其特征在于：所述的步驟6中的空化尾流壓力脈動非定常計算包括以下步驟：

(6-1)導入步驟5中的選定網格生成算例文件；

(6-2)空化模型和湍流模型設定；

(6-3)數值計算參數設定；

(6-4)數值計算；

(6-5)壓力脈動信號提取：對尾流場中某一特定位置(A點)壓力脈動檢測并保存其檢測數據。

3.如權利要求1所述的基于螺旋槳尾流壓力脈動計算的空化噪聲特征估計方法，其特征在于：所述的步驟1中的備選網格采用分區域混合網格劃分方法：

螺旋槳周圍流場區域采用非結構網格方法劃分，網格由槳轂到葉梢逐漸減小，葉梢處面網格為三角形，網格單元邊長大小約為0.001D，槳榖處單元約為0.02D；在槳葉表面建立邊界層網格；采用結構網格劃分螺旋槳外圍規則形狀的計算域；對梢渦區域網格進行加密，同時槳葉表面采用邊界層網格以提高對梢渦空化的預報精度，梢渦區域網格單元尺寸約為0.001D，邊界層網格共有4層，其相鄰兩層高度比為1.1，第一層網格單元高度約為0.001D，使得無量綱參數20<y⁺<300。