[發(fā)明專利]一種調(diào)制通氣空泡流噪聲預(yù)報方法

在審

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• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113111605A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫鐵志;謝勃漢;丁言義;姜宜辰;張桂勇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發(fā)明公開了一種調(diào)制通氣空泡流噪聲預(yù)報方法，包括：在CFD軟件中建立流域和空化器模型，對流域進行三維網(wǎng)格劃分，設(shè)流體為恒密度湍流，采用CFD軟件的分離流求解器對流體力學(xué)的控制方程進行求解；設(shè)定來流速度、重力和基準(zhǔn)聲壓的初始條件；基于CFD軟件的殘差判斷計算結(jié)果是否收斂，提取壓力監(jiān)測點、輻射聲壓級監(jiān)測點和流場結(jié)果，分別對壓力脈動監(jiān)測點和輻射聲壓級監(jiān)測點結(jié)果進行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的聲壓級頻域譜，從而獲得湍流邊界層脈動壓力噪聲結(jié)果和遠(yuǎn)場輻射噪聲結(jié)果，通過對壓力、速度、渦量的流場特性進行分析獲得調(diào)制通氣對空泡長度、空泡閉合形式、輻射噪聲的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海下航行分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種調(diào)制通氣空泡流噪聲預(yù)報方法。

背景技術(shù)

在高速水流的低壓區(qū)域，液體壓力低于飽和蒸汽壓而急劇汽化產(chǎn)生的氣泡稱為空泡。當(dāng)空泡大到一定程度將航行體完全覆蓋時稱為超空泡。超空泡航行體尾部空泡閉合區(qū)破碎后形成大量小空泡，這些小空泡的潰滅會極大地輻射噪聲。傳統(tǒng)水下超空泡航行體通過人工通氣空化的方法形成超空泡，由于通氣空泡覆蓋的繞流體近壁區(qū)內(nèi)存在多相流、湍流、非定常等復(fù)雜的流動機制以及空化噪聲的高度非線性，用數(shù)值模擬的方法準(zhǔn)確計算通氣空泡流噪聲一直是一個技術(shù)難點。

根據(jù)空化器通氣速率的不同，空腔閉合形式存在自由空氣射流、回射流、雙渦流和脈動四種形式，其中脈動超空泡輻射噪聲遠(yuǎn)大于另外三種，目前現(xiàn)有技術(shù)對通氣空泡流噪聲進行預(yù)報，采用的是設(shè)定通氣率是一個不隨時間變化的恒定值，這樣一般得到的空腔閉合形式是脈動的，導(dǎo)致得到的噪聲結(jié)果偏大。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種調(diào)制通氣空泡流噪聲預(yù)報方法，具體包括

在CFD軟件中建立流域和空化器模型，流域來流成分設(shè)置為水，將空化器模型前端到流域入口的區(qū)域設(shè)為來流段、空化器后端到流域出口的區(qū)域設(shè)為去流段，將空化器置于流域的中心位置，用水翼作為支柱設(shè)置于空化器底部，空化器模型軸線與來流方向保持平行；

對流域進行三維網(wǎng)格劃分，將水翼周圍以及空化器選定區(qū)域進行網(wǎng)格加密處理，并對整個空化器周圍進行加密，其中空化器周圍加密區(qū)域為空化器直徑D的二倍；

設(shè)流體為恒密度湍流，采用CFD軟件的分離流求解器對流體力學(xué)的控制方程進行求解，時間尺度為隱式非定常，選用大渦模擬進行流動計算，并選用WALE亞網(wǎng)格尺度模型計算亞網(wǎng)格尺度粘度μt；

設(shè)定來流速度、重力和基準(zhǔn)聲壓的初始條件，分別設(shè)置空腔內(nèi)壓力脈動監(jiān)測點和輻射聲壓級監(jiān)測點并在空化器模型的截面處設(shè)置平面截面以監(jiān)測整個流場壓力、速度、渦量結(jié)果，設(shè)置足夠長計算時間，觀察空泡變化至其穩(wěn)定周期；

基于CFD軟件的殘差初步判斷上述監(jiān)測結(jié)果是否收斂，當(dāng)連續(xù)體、X方向動量、Y方向動量、Z方向動量都滿足殘差條件時則判斷計算結(jié)果收斂；若某一項不滿足殘差條件則判斷計算結(jié)果發(fā)散，此時重新優(yōu)化計算模型；

提取空腔內(nèi)壓力監(jiān)測點、輻射聲壓級監(jiān)測點和流場結(jié)果，分別對壓力脈動監(jiān)測點和輻射聲壓級監(jiān)測點結(jié)果進行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的聲壓級頻域譜，從而獲得湍流邊界層脈動壓力噪聲結(jié)果和遠(yuǎn)場輻射噪聲結(jié)果，通過對壓力、速度、渦量的流場特性進行分析獲得調(diào)制通氣對空泡長度、空泡閉合形式、輻射噪聲的影響。

進一步的，選擇流體域體積(VOF)多相模型和Schnerr-Sauer空化模型對通氣空化進行計算，設(shè)通氣成分為空氣，空化器模型通氣孔輸入隨時間正弦變換的通氣率Q，設(shè)定空化器模型通氣孔初始通氣率為Q₀，通氣強度為h，通氣頻率為ω，則通氣率Q隨時間t的關(guān)系式表示為：

Q＝Q₀×[1+hsin(2π×ωt)]

通過調(diào)制通風(fēng)頻率對空泡脈動進行抑制，進而降低空泡流噪聲。