三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动.在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注.文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报.首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法.最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱.将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性.     

三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动。在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注。文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报。首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法。最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱。将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性。     

孔穴流激噪声的计算与验证研究

流激噪声的预报问题是流体动力声学领域的重点和难点.在气动声学领域,人们对此问题进行了很多探索,而在水声学领域,该问题尚缺乏深入的研究,文章的目的在于初步建立适用于水中流激噪声预报的数值方法.通过大涡模拟(LES)方法和FW-H声学类比方法,计算了两类孔穴的流激噪声问题.分析了声压谱级,壁面压力功率谱、涡量分布等,并利用试验结果对数值预报进行了验证.研究表明,计算结果量级可靠,符合声学一般规律.     

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。     

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。     

低马赫数流动噪声的计算预测分析

梳理了低马赫数流动噪声计算预测的因素,采用不可压缩流体流动的大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)积分方法耦合对某非流线体绕流发声进行了数值计算与校验,并采用Lilley方程源项对声源特征进行了分析。结果表明,计算值与实测值相吻合。     

基于大涡模拟的轮缘侧推器和常规侧推器非空泡噪声对比分析

提出了基于大涡模拟（LES）方法与FW-H声学模型相结合的侧推器噪声仿真方法，通过导管桨敞水性能试验值与仿真值的对比，以及侧推器流场基频和各次谐波计算值与仿真值的对比，验证了基于LES方法的侧推器流噪声仿真方法的准确性。在此基础上，研究了轮缘侧推器和常规侧推器在非均匀来流时的流场分布，获取了侧推器桨叶等水力部件的声压时域和频域。结果表明：侧推器产生的流噪声主要为低频噪声，轮缘侧推器横向和径向总声压级分别比常规侧推器小3 dB和10 dB左右；侧推器噪声分布主要呈现偶极子特性，桨叶横向总声压级高于径向。     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

开孔围壳流激振动特性的试验与数值计算研究

对围壳模型进行试验与数值模拟,分析开孔对围壳流激振动特性的影响。首先进行无动力自由上浮试验,在试验中测得了一系列的振动加速度线谱,然后建立与试验相同的数值计算模型,采用大涡模拟法对围壳附近的流场进行了精细的模拟,并将流场的压力作为载荷,运用FEM/BEM结合的方法计算了围壳的流激振动。仿真结果表明,该方法可以清晰的模拟流激围壳振动现象,围壳开孔后会引起流场周期性振荡,从而激励结构振动,产生振动加速度线谱,数值方法计算的振动线谱频率和试验结果接近,平均误差为1.41%。流激开孔围壳振动集中在开孔的导边与随边,尤其是孔腔随边,对这些区域采取控制措施是下一步研究目标。     

开孔围壳流激振动特性的试验与数值计算研究

对围壳模型进行试验与数值模拟,分析开孔对围壳流激振动特性的影响.首先进行无动力自由上浮试验,在试验中测得了一系列的振动加速度线谱,然后建立与试验相同的数值计算模型,采用大涡模拟法对围壳附近的流场进行了精细的模拟,并将流场的压力作为载荷,运用FEM/BEM结合的方法计算了围壳的流激振动.仿真结果表明,该方法可以清晰的模拟流激围壳振动现象,围壳开孔后会引起流场周期性振荡,从而激励结构振动,产生振动加速度线谱,数值方法计算的振动线谱频率和试验结果接近,平均误差为1.41%.流激开孔围壳振动集中在开孔的导边与随边,尤其是孔腔随边,对这些区域采取控制措施是下一步研究目标.     

非均匀船舶尾流中工作的常规和大侧斜船用螺旋桨的水动力和水声计算预报（英文）

Despite their high manufacturing cost and structural deficiencies especially in tip regions, highly skewed propellers are preferred in the marine industry, where underwater noise is a significant design criterion. However, hydrodynamic performances should also be considered before a decision to use these propellers is made. This study investigates the trade-off between hydrodynamic and hydroacoustic performances by comparing conventional and highly skewed Seiun Maru marine propellers for a noncavitating case.Many papers in the literature focus solely on hydroacoustic calculations for the open-water case. However, propulsive characteristics are significantly different when propeller-hull interactions take place. Changes in propulsion performance also reflect on the hydroacoustic performances of the propeller. In this study, propeller-hull interactions were considered to calculate the noise spectra.Rather than solving the full case, which is computationally demanding, an indirect approach was adopted; axial velocities from the nominal ship wake were introduced as the inlet condition of the numerical approach. A hybrid method based on the acoustic analogy was used in coupling computational fluid dynamics techniques with acoustic propagation methods, implementing the Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) equation. The hydrodynamic performances of both propellers were presented as a preliminary study.Propeller-hull interactions were included in calculations after observing good accordance between our results, experiments, and quasi-continuous method for the open-water case. With the use of the time-dependent flow field data of the propeller behind a nonuniform ship wake as an input, simulation results were used to solve the FW-H equation to extract acoustic pressure and sound pressure levels for several hydrophones located in the near field. Noise spectra results confirm that the highest values of the sound pressure levels are in the low-frequency range and the first harmonics calculated by the present method are in good accordance with the theoretical values. Results also show that a highly skewed propeller generates less noise even in noncavitating cases despite a small reduction in hydrodynamic efficiency.     

Numerical study on flow-induced noise for a steam stop-valve using large eddy simulation

The noise induced by the fluctuant saturated steam flow under 250 °C in a stop-valve was numerically studied.The simulation was carried out using computational fluid dynamics（CFD） and ACTRAN.The acoustic field was investigated with Lighthill＇s acoustic analogy based on the properties of the flow field obtained using a large-eddy simulation that employs the LES-WALE dynamic model as the sub-grid-scale model.Firstly,the validation of mesh was well conducted,illustrating that two million elements were sufficient in this situation.Secondly,the treatment of the steam was deliberated,and conclusions indicate that when predicting the flow-induced noise of the stop-valve,the steam can be treated as incompressible gas at a low inlet velocity.Thirdly,the flow-induced noises under different inlet velocities were compared.The findings reveal it has remarkable influence on the flow-induced noises.Lastly,whether or not the heat preservation of the wall has influence on the noise was taken into account.The results show that heat preservation of the wall had little influence.     

复合材料吸声系数的理论计算及性能分析

不同噪声环境中的降噪需求不同,为根据噪声频谱合理设计复合吸声材料,基于穿孔板及多孔吸声材料的吸声原理,提出了改进的声-电类比法,推导出复合吸声材料吸声系数的理论计算公式.利用该种计算方法,通过数值仿真深入分析复合吸声材料内外层穿孔率,多孔材料厚度,空腔变化对吸声性能的影响,分析表明第1层板穿孔率及多孔材料厚度影响较大.最后用声学实验对计算结果进行验证,表明改进的声-电类比法有效.     

低噪声迷宫式控制阀设计原理及数值分析

在舰船水管路系统中,采用控制阀进行管路系统阻力匹配设计并实现低噪声配置。控制阀在水力激励下形成振动噪声并通过管路传递形成船外辐射噪声。为降低管路系统振动及船外辐射噪声,有必要进行低噪声控制阀的设计研制。该文提出了控制阀水力及声学设计方法,采用流体动力学数值方法进行了低噪声控制阀原理分析,验证了分流、多级和迷宫拐角式低噪声设计原理。基于低噪声设计原理设计了包含上层穿孔、中层多迷宫流道和下层少迷宫流道三部分重叠形成的阀套流通结构的分层迷宫式控制阀。阀内流场分析结果显示:阀套出流不均匀形成高速低压区域,易发生空化增大噪声;阀套腔体和阀套沿出流方向出口处形成大尺度漩涡结构,为主要噪声源区域。     

基于Lighthill声类比理论的螺旋桨噪声性能研究

论文基于Lighthill声类比理论和傅立叶变换结合声学软件Actran开展螺旋桨噪声性能的分析研究。以E779A螺旋桨模型为对象,进行了螺旋桨噪声性能的数值模拟,分析了不同位置处声压谱和声功率谱的特性、噪声随距离变化的衰减特性、不同进速系数下的声压级云图等;最后,分析了非均匀进流、螺旋桨空化、进速系数等对螺旋桨噪声的影响。本文主要的研究工作是对螺旋桨噪声性能的预报研究,对今后船舶工程螺旋桨的设计研究有着重要的指导意义。     

管系湍流噪声辐射研究方法进展

从湍流声辐射的相关理论出发,介绍Lighthill声学比拟理论以及该理论的研究进展,如含固体边界的Curle方程、Powell的涡声理论等。运用这些理论,对潜艇舱室管路系统工作时,管道内及水阀内流体湍动引起的湍流边界层噪声、涡激噪声等进行机理性分析,对管系流动噪声的主要声源（包括偶极子源与四极子源）进行探讨,并列举工程上常用的管路噪声控制方法。     

一种识别声源噪声辐射区域的方法

针对大型结构体的声辐射问题,提出了一种利用声辐射模态识别声源表面的噪声辐射区域的方法。分析了各阶声辐射模态对声源的辐射声功率的贡献量,找出了对远场辐射声功率贡献最大的几个主要的声辐射模态,然后利用这几个主要的声辐射模态重建声源表面法向振速,通过声源表面法向振速的重建结果实现了声源表面噪声辐射区域的识别。通过对平板声源在几种不同频率下的噪声辐射区域的仿真分析验证了文中方法的正确性。该文方法对于确定特定频率下声源表面的噪声辐射区域,从而进一步进行辐射噪声控制具有积极的意义。