空腔不可压缩流动特征及其声学特性研究

空腔作为舰船表面常见结构之一,其流动特征和声学特性近年已成为学术界研究的热点。该文以长深比L/D?2的空腔为原型,改变空腔底面坡度,用数值模拟方法考察空腔形状对空腔流涡结构和声辐射特性的影响。空腔非定常水流场数值模拟采用二维大涡模拟方法,分析了空腔底面坡度对空腔时均和瞬时流动特征的影响,比较了腔中瞬时涡量变化和壁面脉动压力特性。计算结果表明,底面坡度使空腔振荡模式从剪切层模式转变为尾流模式,振荡频率减小;计算结果与空腔流动流场PIV测量结果相比较吻合良好,验证了流场计算的有效性。同时采用LES-Lighthill声类比法混合方法,比较了不同形状空腔的噪声辐射特性;结合流动特征,分析了刚性壁面空腔的噪声机理和空腔底面坡度对声场的影响。分析结果表明,空腔流激振荡发声是主要噪声源,腔体的水动力噪声以低频噪声为主,总噪声级和低频纯声辐射具有指向性,上游辐射声压级较高;底面坡度使声压级增大,对声场指向性影响不大。