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平板上突出圆柱的涡特性及水动力噪声特性分析研究

作　者: 李霖
导　师: 张志国
学　校: 华中科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 平板上突出圆柱长细比尾流结构漩涡大涡模拟水动力噪声
分类号: U661
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

本文以一个简单的模型——平板上直立的突出圆柱为研究对象，采用大涡模拟（LES）的数值方法，研究突出圆柱尾流场的漩涡特性。在此基础上采用基于Lighthill声类比理论的FW-H方程，研究突出圆柱的水动力噪声特性和辐射特性。本文首先以文献中试验模型为研究对象，采用RANS方程结合RNG k-ε湍流模型计算突出圆柱的定常粘性流场，将计算结果与试验结果进行对比，吻合良好，验证本文所采用的定常数值模拟方法的可靠性。其次以二维圆柱为研究对象，采用大涡模拟（LES）对圆柱的非定常粘性尾流场进行模拟。分析圆柱尾流场的卡门涡街现象并将斯特劳哈尔数St与实验结果进行比较，验证本文所采用的非定常数值模拟方法的可靠性。在上述研究的基础上，本文采用RANS方程结合RNG k-ε湍流模型求解不同长细比突出圆柱的三维定常粘性流场，研究突出圆柱尾流的流动结构；采用大涡模拟求解非定常粘性流场，研究圆柱尾流场的漩涡特性。在求解非定常粘性流场的基础上，基于Lighthill声类比理论加载声学模型，对平板上的不同长细比突出圆柱在不同来流速度下的声场进行模拟。研究结果发现大涡模拟能够很好的实现三维粘性流场的求解；不同长细比的突出圆柱在尾涡结构上有一定的区别；突出圆柱在不同平面内有不同的噪声分布特性；突出圆柱噪声在远场区域呈现点声源球面衰减规律；来流速度是影响水动力噪声的一个重要因素。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 论文背景  8-9
  1.2 二维、三维圆柱，突出体绕流问题的研究发展现状  9-12
  1.3 突出体水动力噪声研究发展  12-14
  1.4 大涡模拟的研究发展  14-15
  1.5 研究内容以及创新点  15-18
2 研究理论和工具  18-30
  2.1 RANS 控制方程和湍流模型  18-20
  2.2 声学理论  20-25
  2.3 大涡模拟控制方程及相关理论  25-29
  2.4 本章小结  29-30
3 数值模拟方法的可靠性分析  30-40
  3.1 定常数值模拟方法可靠性  30-35
  3.2 非定常数值模拟方法的可靠性  35-39
  3.3 本章小结  39-40
4 不同长细比突出圆柱的流动结构分析  40-46
  4.1 引言  40
  4.2 计算结果与分析  40-45
  4.3 本章小结  45-46
5 不同长细比突出圆柱的非定常漩涡特性分析  46-55
  5.1 引言  46
  5.2 计算结果与分析  46-54
  5.3 本章小结  54-55
6 不同长细比突出圆柱水动力噪声特性分析  55-71
  6.1 引言  55-56
  6.2 XY 平面水动力噪声分布特性  56-60
  6.3 XZ 平面水动力噪声分布特性  60-62
  6.4 YZ 平面水动力噪声分布特性  62-64
  6.5 圆柱轴线方向远场噪声衰减特性  64-66
  6.6 声场频域特性及涡量与声压级的关系分析  66-69
  6.7 本章小结  69-71
7 全文总结和展望  71-74
  7.1 本文主要研究工作和结论  71-72
  7.2 对今后工作的展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录攻读学位期间发表论文目录  80

平板上突出圆柱的涡特性及水动力噪声特性分析研究

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