基于大涡模拟的潜艇脉动压力与流噪声性能数值计算
潜艇在水下航行时所产生的流噪声，是由艇体表面的脉动压力及周围湍流边界层内的扰动而激发并辐射出去的，故采用一般的技术手段很难对流噪声进行降噪，而只能通过探讨流噪声产生机理，改变艇体型线等方式来改进。因此对于潜艇脉动压力与流噪声的研究和控制，对提高潜艇的声隐蔽性来说，是意义重大的。 潜艇壁面上的脉动压力，是引发流噪声的重要偶极子源。而对于它的求解，采用直接数值模拟方法会受到计算机资源和模型复杂程度的限制，而采用雷诺平均方法则无法求得脉动信息。故文中应用大涡模拟理论，通过求解非定常不可压缩的Navier-Stokes方程，对水滴型与其等截面积碟型这两种潜艇模型的周围绕流场与壁面脉动压力进行了模拟计算。通过与潜艇模型脉动压力的试验结果比较分析表明，大涡模拟理论成功的模拟了潜艇壁面脉动压力的频谱变化，结果具有较可靠的精度。? 流噪声的预报从Lighthill声学类比理论开始，传统的流噪声计算一般以FW-H方程为基础，但由于该方程在推导过程中做了紧致声源假定，故其只能计算远场中的声学信息，对潜艇壁面与近场则无能为力。目前新出现的将Lighthill声学类比理论结合边界元理论的方法，则能够计算声场中任意一点的噪声结果。文中在回顾了上述两种方法的计算机理后，以之前得到的流场信息为声源，对潜艇的流噪声声场进行了计算。应用两种计算方法所得的结果均表明，碟型艇体流噪声性能要优于水滴型艇体，这同脉动压力的比较结论一致。并且在艇体曲率变化越接近流线型的点或方向上，流噪声越小，反之则越大。 文中还对脉动压力以及采用两种流噪声计算方法得到声场数据?和曲线进行了归类总结与对比研究。对两种模型的脉动压力与其附近流噪声性能的关系，两种流噪声计算方法之间的差异也进行了探讨。结果表明，脉动压力与其附近流噪声性能存在着重要的联系；在流噪声的计算中，远场采用两种方法均能得到很好的结果，而在艇身表面与近壁面处则以边界元与Lighthill声类比理论结合的方法为宜。
潜艇脉动压力;流噪声性能;数值计算;边界元理论;大涡模拟
上海交通大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
张怀新
2011
中文
U674.941;U666.7
124
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）