水下高速航行体艏部水动力自噪声预报方法及低噪声线型设计

针对水下高速航行体水动力自噪声特征,采用过渡区声辐射理论,建立了航行体艏部水动力自噪声预报方法。经模型试验考核偏差小于3dB,故该方法可以用于可用于航行体艏部水动力自噪声预报及低噪声线型设计。理论研究表明,航行体艏部水动力自噪声与边界层层流向湍流过渡转捩点位置有关,转捩点越往后,水动力自噪声越低。在此基础上,针对通用鱼雷外形,给出雷头低噪声设计拟合曲线。进一步分析发现,鱼雷艏部水动力自噪声随着平头端面直径的增大而增加,端面直径增加一倍,水动力自噪声增加约5dB,因此可以采用小的端面直径,来降低鱼雷艏部水动力自噪声。     

水下航行体水动力辐射噪声预报方法研究

为评估水下航行体水动力辐射噪声性能,将航行体湿表面划分为若干子单元,运用功率谱的概念和模态平均法,计算子单元受湍流脉动压力激励振动声辐射,根据声能迭加原理建立航行体水动力辐射噪声的计算方法。数值计算表明,水下航行体水动力辐射噪声的预报与国外方法提供结果基本一致。6 m/s以上航速声压谱级最大偏差小于3 dB,所建立的方法可用于水下航行体水动力辐射噪声的预报和评估。     

基于模态分析法的水下高速航行体流激振动声辐射特性研究

为了评估水下高速航行体的低频水动力噪声特性，该文基于模态分析法，将航行体简化为镶嵌在无限长刚性圆柱障板的圆柱壳模型，以流动激励力湍流脉动压力波数-频率谱作为输入，建立水下航行体流激结构振动声辐射计算方法，并通过回转体实验进行验证。研究结果表明：3～9 m/s流速范围内，80 Hz以上总声级偏差小于2 dB，计算结果与试验结果基本一致。该研究工作为水下航行体低频水动力噪声评估提供了一种理论方法。     

悬浮泥沙对粗糙底壁湍流场猝发的影响

本文建立了具有法向压力梯度项和沙粒作用项的粗糙底壁附近流场的运动方程，结合对粘性底层和过渡区内层交界面的分析方法和小扰动稳定性理论，由理论分析和数值计算得到了流动雷诺数、无量纲扰动波数、无量纲两相法向平均速度差、斯托克斯数、壁面的粗糙元以及悬浮沙粒的质量浓度等因素与水流底壁湍流猝发角乃至猝发难易程度的关系，部分结果与已有的实验结果进行了比较．文中所得结论有助于进一步了解挟沙水流近壁流场和悬浮泥沙的运动特性以及泥沙的沉积和输运机理．     

水下航行体水动力噪声预报方法及其试验验证

该文采用结构离散法,建立水下航行体水动力辐射噪声预报方法。模型试验表明,3-9 m/s水速范围内,计算结果与实验结果有较好的一致性,偏差小于3 dB。该文方法计算量不大,可以用来进行水下航行体中高频水动力辐射噪声快速预报。     

挟沙水流中沙粒对底壁湍流猝发的影响

本文在常规的边界层方程中保留了法向压力梯度项和增加了固粒对流体的使用项，结合Ｂａｔｃｈｅｏｌｒ对交界面提供的分析方法和小扰动稳定性理论，由理论分析和计算得到了包括沙粒之类的悬浮体的尺寸，比重，流动Ｒｅ数，两相速度差以及扰动波数与水流底壁湍流猝发角的关系，计算结果与Ｒａｓｈｉｄｉ等的实验结果相符。文中所得结果有助于进一步了解江河底部水流的流动特性以及泥沙的沉积和输运机理。     

基于湍流猝发的明渠流悬沙浓度分布

泥沙悬浮是湍流猝发直接作用的结果，本文基于这一力学机理，利用湍流猝发平均持续时间和猝发强度构造明渠流悬沙湍流扩散模式。模式涉及的唯一参数线性地随悬沙沉降速度对摩阻流速的比值增大而增大，表征较粗、较重的泥沙颗粒的悬浮需要具有更多能量、持续时间更长的湍流猝发作用与之相适应，物理意义明确。经水槽实验资料验证，本模式可精确模拟悬沙浓度沿垂线的分布。对类似流动中其它异质污染物的湍流扩散，该模式有直接的应用价     

船舶螺旋桨低频噪声研究

螺旋桨低频噪声构成了船舶中高速航行时整个辐射噪声中的重要分量。螺旋桨的低频离散谱噪声是由船尾伴流场和叶片的相互作用引起的，而低频宽带噪声是由船尾粘性湍流场和叶片的相互作用产徨的。利用升力面理论和声学方法得到的离散谱噪声的预报公式，对螺旋桨直径、侧斜变化对离散谱噪 声的影响作了数值计算，并得到了工程上有实用意义的结果。在分析螺旋桨低频宽带器材怕成因的基础上得到了理论计算方法，并作为数值计算。整个方法     

航速对桥区行进船舶受力和重心位置的影响研究

航行船舶与桥墩间的水动力作用随航行速度不同而变化,致使船舶在航行过程中受力及航行姿态发生变化。采用物理模型试验验证和数学模型计算相结合的方法,以船舶航速为变量,分析了船舶沿程受力、艏摇力矩及重心位移受航速影响的变化规律。研究表明:随着航速的增加,船舶受到的横荡力、艏摇力矩正负峰值相应增加;船舶航速越高,船艏驶至桥墩尾涡负压区时,船舶越容易横向靠近桥墩;船尾驶至桥墩尾涡负压区时,航速越高,船尾越容易横扫桥墩,且后续航行过程中船舶横向远离桥墩偏航越大。研究成果可为后续研究船舶运行安全性和工程中确定安全的船桥间距提供参考。     

低水动力自噪声的头体线型优化设计方法

本文阐述了一套低水动力自噪声的头体线型优化设计方法,即通过优化设计水下航行体的头部线型,在保证无空化航行的前提下,降低头体边界层流动对其前驻点位置的水动力自噪声干扰.这种头体线型优化设计方法,首先利用自噪声频谱的相似规律,结合已有理论分析和实验测试结果对轴对称回转体的水动力自噪声频谱进行数值预报;然后以该自噪声声压谱级为目标函数,结合工程实际中的约束条件,进行头体几何参数的多参数寻优.这种优化设计方法能以较小的计算量获得较高精度的关键频率处的自噪声声压谱级预报和相应的低噪声头体线型优化设计,从而具备广泛工程应用的可行性.本文中所列的典型算例显示,经过线型优化设计的头型具有比原型显著降低的自噪声.     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

柔性壁对湍流边界层速度型的变形影响

本文从稳定性的观点出发，研究了粘弹性柔性壁对湍流边界层的影响。由柔性壁边办层稳定性问题的特征值计算结果发同，原刚性充边界层的速度型导致流固耦合系统不稳定，对数区上移后的边界层速度型却可以使耦合系统稳定，这说明，在没有水动力学不稳定发生的情况下，柔性壁会使湍流边界层中速度型的对数区上移。     

INFLUENCE OF OCEAN INTERNAL WAVE ON PROPAGATION OF UNDERWATER RADIATION NOISE

The underwater acoustic field influenced by a selected ocean internal wave was computed using the Parabolic Equation (PE) method and split-step difference algorithm in this paper. Acoustic field is formed by sound source with different frequency covering the range of radiation noise of ships and submarines. Owing to the adoption of complex variables,sparse matrix, Gaussian source and analysis on the grid size.numerical results are achieved smoothly. The results show that internal wave‘s influence on underwater sound can‘t be neglected, especially for higher sound frequency. So it‘s necessary to take internal wave into account in identifying radiation noise of ships and submarines, namely for sound intensity, transmission loss and spectra shape.     

Efficient suction control of unsteadiness of turbulent wing-plate junction flows

A wing-body junction flow of a navigating underwater vehicle is considered to be a crucial source of the flow radiating acoustic noise, which attracts much research interest. In this paper, wing-plate junction flows are experimentally investigated in a low-speed wind tunnel by smoke-wire flow visualizations and time-resolved PIV measurements. To reveal the physical behavior of such flows, smoke-wire flow visualizations are conducted for a laminar wing-plate junction. A novel control strategy is proposed, to accurately locate the suction openings where the streamline is about to roll up to form a vortex in the turbulent junction flows. The control effect is discussed in perspectives of both the time-averaged and instantaneous flow fields.     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

EXPERIMENTAL STUDIES AND NUMERICAL CALCULATION ON TURBULENT BOUNDARY LAYER OF WATER FLOW ALONG CURVED SURFACE

This paper will introduce experimental studies and numerical calculation onturbulent boundary layer of water flow along curved surface in our country in recent years.Onthe basis of the experimental studies,the effects of curvature and roughness on velocitydistribution and pressure distribution and the change of turbulent flow boundary layer onoverflow bucket concave surface is discussed.We proposed the empirical formula of velocity,pressure and the change of turbulent flow boundary layer on outlet bucket concave.According tothe momentum principle,we have deduced the momentum integral equation full water depthboundary layer and using the element as control unit inside the boundary layer on concavesurface of bucket.Combining with continuity equation,we have computed the boundary layerdevelopment on the bucket of a spillway.Compared with the field experimental data,thecalculation results are available.Under polar coordinates,a mathematical model for simulatingtime-averaged flow characteristics in concave surface of bucket is established.The turbulent flowfield on concave surface of bucket is calculated by SIMPLE method and this mathematicalmodel.The flow velocity field,pressure field,distribution of turbulent kinetic energy,distribution of turbulent energy dissipating rate and distribution of shear stress are available.Thecalculation value is consistent with measured test data.     

孤立波作用下边界层的模拟与分析

孤立波作用下的边界层内的剪切力以及涡量变化对海啸传播和海底地形塑造十分重要。本文基于多区域谱方法,利用直接模拟(DNS)数值模型,对在具有矩形断面的U形水洞内的孤立波下的边界层流动进行了模拟。将数值模拟结果与解析解以及试验结果进行了对比,发现数值结果与后两者吻合得较好。模拟结果显示,在低雷诺数下,扰动不会改变流态,而随着雷诺数的增大,流态会变得十分复杂。中等雷诺数情况下,边界层内会产生正向的涡,并进行稳定的传播。在较高雷诺数情况下,流动进入层流向紊流发展的过渡期,此时边界层内会产生正涡以及负涡,并会在水深方向进行不规则运动。