水下航行体绕流及其诱发噪声的数值预测研究

作     者：刘明坤 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛义军

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：水下航行体 数值模拟 尾流 壁面压力脉动 流动噪声 

摘      要：水下航行体的流动阻力和流动噪声分别是涉及到其续航能力和隐蔽性能的重要指标。本文针对水下航行体的标准模型Suboff开展了定常和非定常流动的数值模拟研究,在此基础上围绕航行体的流动阻力和流动噪声开展了相关的研究工作。本文的研究工作主要包括如下几个方面:(1)开展了航行体标准模型定常绕流的数值模拟研究。数值模拟结果与已有的实验测量和数值模拟结果等进行对比证实本文数值模拟结果的可靠性。在此基础上,分析了航行体艇体、指挥台尾流的速度分布和演化特征以及航行体阻力的主要来源。此外,在定常流动数值模拟的基础上还提取了边界层的物理量信息,为后续基于半经验模型开展壁面压力脉动谱的预测提供数据输入。(2)开展了航行体标准模型非定常绕流的数值模拟研究。基于两种不同时间步长的大涡模拟结果,重点分析了航行体的艇体和指挥台壁面压力脉动的时空分布特征。另一方面,结合定常流动数值模拟得到的边界层信息和压力脉动的半经验模型快速预测了航行体壁面压力脉动的频谱特征。将上述两种不同预测方法得到的结果进行对比分析,发现现有的半经验模型尚不具备预测航行体复杂绕流形成的壁面压力脉动频谱的能力,在后续研究中需要进行改进。(3)开展了航行体流动噪声的近场声源识别和远场辐射噪声的研究。基于声强的方法识别出航行体的流动声源主要位于指挥台、尾部区域以及强制转捩环的下游区域;上述声源特征决定了航行体的远场噪声主要向航行体的前方、后方以及指挥台的上方进行辐射。本文的研究表明,目前水下航行体的压差阻力和摩擦阻力的预测方法较为成熟,但是,需要进一步发展快速方法来提升流动噪声的预测能力。在此基础上,为进一步开展水下航行体的减阻降噪的优化设计提供理论依据和方法支撑。