水舱表面开孔特征参数流噪声特性分析

水下航行体因表面开孔产生的流噪声是总体噪声的重要部分,对其隐蔽性造成负面影响,而其噪声特性影响因素较多,开孔长宽比是其中一个典型参数。在现有阻力试验模型的基础上建立模型,采用RANS结合DES方法获得流场数据,并运用FW-H方程获得其声场信息。分析艇体开孔水舱内的流动现象,表明模型噪声的特征频率符合一般空腔规律,且与开孔长度有关;在长宽比为0.25时,其流噪声水平最低。最后结合简化模型作进一步验证。     

水舱表面开孔特征参数流噪声特性分析

水下航行体因表面开孔产生的流噪声是总体噪声的重要部分,对其隐蔽性造成负面影响,而其噪声特性影响因素较多,开孔长宽比是其中一个典型参数。在现有阻力试验模型的基础上建立模型,采用 RANS结合DES方法获得流场数据,并运用FW-H方程获得其声场信息。分析艇体开孔水舱内的流动现象,表明模型噪声的特征频率符合一般空腔规律,且与开孔长度有关;在长宽比为0.25时,其流噪声水平最低。最后结合简化模型作进一步验证。     

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-ω湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场.数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因.计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好.对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值.计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场.     

不同形式表面开孔水下回转体流噪声特性研究

应用DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型模拟表面开孔水下回转体在一定来流速度下非定常流体力学现象,分析开孔附近的精细流动结构及流场时频特性;结合FW-H模型计算开孔体流噪声,分析噪声频谱及总噪声级指向性特点。对两种方案开孔形式的回转体流场及流噪声特性进行对比。结果表明:其中的一个方案较另一方案阻力增加1%,脉动幅值也较大;两方案指向性相似,方案1的噪声级在各方向上较方案2约大4dB。频谱分析结果表明,造成方案1噪声相对较大的主要原因是孔穴流动的相互干扰。     

开孔分布对空腔流动特性的分析

开孔分布是影响空腔流动的一个重要因素。为了对开孔空腔流动有更深的认识,采用大涡模拟(LES)的方法,以Suboff艇体母线建立二维模型,研究4种开孔分布对空腔流动阻力,频谱特性及内外流交换的影响。对计算结果的分析表明,由于艇体表面的压力分布不同,孔附近产生纵向压力差,促使空腔内外流动交换,增加主艇体首尾压差阻力,进而使得总阻力增大。计算结果表明艇体阻力增加与内外流交换的密切相关,开孔位于中部时总阻力增量最小,内外流增量最小,开孔均匀分布时引起内外流流动交换剧烈,阻力增量最大,而且开孔引起总阻力波动幅值增加,频率分布特性发生相应的改变,开孔使得大幅波动频带变宽,可以预测噪声强度增加,频带变宽。     

开孔分布对空腔流动特性的分析

开孔分布是影响空腔流动的一个重要因素.为了对开孔空腔流动有更深的认识,采用大涡模拟(LES)的方法,以Suboff艇体母线建立二维模型,研究4种开孔分布对空腔流动阻力,频谱特性及内外流交换的影响.对计算结果的分析表明,由于艇体表面的压力分布不同,孔附近产生纵向压力差,促使空腔内外流动交换,增加主艇体首尾压差阻力,进而使得总阻力增大.计算结果表明艇体阻力增加与内外流交换的密切相关,开孔位于中部时总阻力增量最小,内外流增量最小,开孔均匀分布时引起内外流流动交换剧烈,阻力增量最大,而且开孔引起总阻力波动幅值增加,频率分布特性发生相应的改变,开孔使得大幅波动频带变宽,可以预测噪声强度增加,频带变宽.     

基于LES与Powell涡声理论的孔腔流激噪声数值模拟研究

孔腔流动中含有复杂的流体振荡,不但能够引起明显的噪声,而且会造成物体脉动压力和阻力的急剧增加,因而孔腔流动与流激噪声已经成为流声耦合研究领域的重要内容。文章首先对于Powell涡声理论进行了介绍,给出了涡声方程及其求解的详细推导过程,随后利用圆柱/机翼组合体与方腔流激噪声测试结果验证了计算方法的可靠性,最后采用大涡模拟方法结合Powell涡声方程数值计算了两型孔腔在不同水速下的流激噪声,并与中国船舶科学研究中心循环水槽试验结果进行了对比分析,结果表明数值计算方法能够较准确地预报孔腔流激噪声,并能展示孔腔内外涡旋结构。计算结果表明:在500 Hz以下的低频段,格栅1型孔腔的流激噪声显著高于格栅2型孔腔;在500 Hz-10 k Hz高频段,格栅2型孔腔流激噪声比格栅1型孔腔高,但随着流速的增高,两种孔腔流激噪声在高频段的幅值基本一致。这些现象与孔腔内的涡旋结构密切相关。文中对孔腔流激噪声的数值预报方法进行了验证,有益于理解孔腔非定常流动的物理机理,且为抑制孔腔流激噪声奠定了基础。     

三体船型与单体驱护舰型阻力性能的比较试验研究

三体船型是1990年代发展起来的新船型，因为其主体长宽比远大于常规单体船型，从而在高航速时有效地降低了兴波阻力，通常具有比单体船型更为优秀的阻力性能。文章首先建立了基于二因次方法的三体船型模型一实船阻力换算方法，完成了一型长宽比约13的三体船模阻力试验，并将其结果与我国常规单体驱护舰船型的系列模型试验资料进行了比较分析。结果表明，三体船型在高航速时，其总阻力可望比单体驱护舰船型降低10％以上。     

前缘引流对船舶阻力及伴流分布的影响

针对一双艉无球艏的中速船,采用SIMPLEIC算法和SSTk-ω湍流模型对原型和开孔引流模型进行数值模拟计算,探讨不同开孔形状、开孔尺寸和出流位置对船舶艉部流场特性和阻力的影响规律。计算结果表明：开孔引流在本船上未能实现有效减阻,但不同开孔参数下阻力变化规律明显;引流对船舶艉部流场分布影响显著,改善了艉轴处伴流场分布,对提高螺旋桨推进效率有益。     

非流线型水下航行体阻力测量试验中的几个问题

在高速水洞内,进行了某水下航行体模型自然状态和通气产生超空泡状态下的阻力试验,并针对实验中的尾撑影响、阻力成分和尺度效应问题,用数值模拟方法进行了分析.结果表明,自然状态下非流线型航行体的阻力比流线型的增加很多,压差阻力为主要成分;通气形成超空泡后可以大大降低航行体的阻力;尾撑使得阻力测量值偏大;自然状态下航行体原型比模型的阻力系数小,通气后二者基本相同.     

考虑船-冰-水耦合的寒地航行实体靶船载荷响应分析

为了研究寒地海域航行实体靶船与浮冰发生碰撞过程中的载荷响应,基于S-ALE流固耦合方法和罚函数接触理论构建船-冰-水耦合的数值模型,展开冰-水耦合、船-水耦合以及船-冰-水耦合机理的研究,详细分析碰撞过程中产生的水阻力与冰载荷。结果表明,S-ALE方法在处理船-冰-水相互作用时可以较好地模拟碰撞场景。船体受载主要由水阻力与冰载荷构成,冰载荷占据主要成分。水阻力受到航速的影响,且水域对冰载荷起到了削弱作用;冰载荷随浮冰厚度、尺寸的增加而增加,浮冰尺寸的影响程度高于冰厚。     

考虑重力影响的高压气体吹除改进数理模型和试验对比分析

考虑重力对吹除过程的影响,改进现有压载水舱高压气体吹除数理模型,并对原始数理模型与改进数理模型进行差异对比。通过高压气体吹除系统的模型试验,验证改进数理模型的可靠性。最后,使用改进的数理模型对影响吹除效率的因素进行分析。结果表明：在吹除系统中,当流水孔面积达到一定值时,可能出现流水孔面积增大,但流水孔的水的质量流量几乎不变的情况;当等效喷管喉部直径足够大时,高压吹除的速率与等效喷管喉部直径关系较小。     

小水线面双体船船型与阻力特性关系的研究

本文利用计算流体力学软件FLUENT对一小水线面双体船的粘性绕流进行了数值模拟，研究其船型与船舶阻力之间的关系，主要讨论以下几个方面：（1）特定船型条件下，随着雷诺数变化阻力的变化情况；（2）两潜体在相同长度不同间距时的阻力特性；（3）相同排水量的条件下，潜体不同长径比时的阻力特性。通过将数值模拟结果与经验公式比较，验证FLUENT软件用于船舶阻力分析的有效性和实用性。     

局部开孔深腔流噪声发声机理研究

针对目前水动力声学领域的孔腔流噪声研究大都基于单孔全开口模型的局限性,本文基于大涡模拟-声类比混合方法对局部开孔深腔体模型的孔腔流噪声发声机理进行研究。首先,对流场涡量、压强变化进行分析,得到涡结构的不断运动迁移和腔体孔壁后缘的碰撞发声构成的涡-声反馈是不同测点之间所测压强周期一致、相位不同的原因;其次,对不同测点的压强功率谱、空腔内声学模态频率进行分析,得到孔后壁上缘区域的压力脉动是局部开孔深腔体自持振荡发声的主要声源;最后,将所测声场特征线谱频率与经验公式的预测结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。     

水下超高速航行体空化器流体动力特性数值研究

空化器是实现水下超高速航行体空泡生成及稳定控制的关键部件。论文建立了空化器流场数值计算模型,较为全面地研究圆盘型、球头型和开孔型3种型式空化器的流场特征,评估其升、阻力特性,通过可视化手段分析空化器流场细节,考察球头和开孔结构对空化器的影响。研究结果表明：圆盘型空化器在加装球头和开孔后其迎流面压力系数分布会改变,在凸出的球头处形成局部压力峰,而且在空化器球头处和背流面形成旋涡区,最终使空化器的有效升力减小。研究成果对超高速航行体流体动力性能研究及空化器部件设计具有重要参考价值。     

舰船开孔流动噪声控制措施研究

基于计算流体软件,采用大涡模拟方法计算了给定来流速度条件下表面开孔的非定常流场,分析了流场的非定常流频谱特性,采用边界元方法模拟了噪声源特征,对各种流动噪声控制措施进行了对比分析。计算结果表明,开孔形式的改变会直接影响流噪声的水平,设计结果可以为舰船流水孔的降噪设计提供参考。     

立体网状生态护坡结构水流特性和影响因素研究

本文基于三维立体透空消能的理念,提出了立体网状生态护坡结构,并在不同格栅净距、格栅面板孔径、开孔高度和内外面板开孔布置方式等影响因素下对结构进行了水槽试验研究,揭示了结构水流特性,得出了水动力和对营养土防护能力与各因素的关系,可为航道整治生态护岸结构提供新的发展方向和素材。     

舰船开孔流动噪声控制措施研究

基于计算流体软件,采用大涡模拟方法计算了给定来流速度条件下表面开孔的非定常流场,分析了流场的非定常流频谱特性,采用边界元方法模拟了噪声源特征,对各种流动噪声控制措施进行了对比分析.计算结果表明,开孔形式的改变会直接影响流噪声的水平,设计结果可以为舰船流水孔的降噪设计提供参考.     

开孔金属腔体场强增强效应分析

为分析开孔金属腔体的场强增强效应,以正方形金属腔体为受试对象,基于数值计算软件CST建立开孔金属腔体场强增强效应计算模型,分析开孔形状、开孔尺寸、入射波极化方向等不同参数对孔缝中心及腔体中心场强增强效应的作用规律。提出使用GTEM小室进行开孔腔体电磁耦合测试新方法,搭建实验平台,验证数值计算结果的正确性,阐释场强增强效应耦合机理。结果表明:当面积相同时,和正方形、圆形孔缝相比,长方形孔缝的场强增强效应显著,长方形孔缝的长宽比越高,场强增强效应便越大;长方形孔缝的增强效应与垂直于孔缝长边的电场分量呈正比;腔体壁厚是影响场强增强效应的关键因素之一;在孔缝中心沿中轴线附近,时域场强峰值呈指数衰减;孔缝中心和腔体中心的场强增强效应耦合机理不相同。     

3个附属控制杆对立管水动力影响的CFD模拟

针对3个附属控制杆对深海立管的水动力影响问题,应用CFD大涡模拟方法模拟得到Re=1×105时附属控制杆在来流角α、直径比d/D和间距比G/D的不同参数组合下,升力、阻力和斯特劳哈尔数的变化规律以及立管绕流近壁区的流动特征。研究结果表明,附属杆的存在会干扰立管后方流场,引起尾流结构和涡脱落模式的改变,从而造成流体升力、阻力的变化。随着来流角α的增大,α在30°~60°时抑制效果较好,顺流向的阻力和横流向的升力均大幅减小;间距比G/D取0.2~0.3时附属控制管的布置方式对立管所受交变力的抑制效果最为明显。