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基于TR-PIV湍流场测试的流动噪声探索研究

作　者: 翟树成
导　师: 赵峰
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 流体力学
关键词: 孔腔流动 流动噪声 TR-PIV Curle方程 瞬时压力场
分类号: O357.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


研究流场流动特征和对应流动噪声之间的关系有着重要意义,但无论是应用数值模拟或者试验技术来研究流动噪声都有一定的困难。Curle声类比方法提供了一种研究流动噪声的途径,其需要较高时空解析度,一般的试验测试技术很难同时满足。而现在通过TR-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)可以同时获得较高时间和空间解析度的流场信息,因此本文探索了基于TR-PIV流场测试结果预报了流动噪声辐射的方法,为细致研究流场流动现象和与之对应流动噪声提供了有效手段。首先,通过对国内外流动噪声研究和TR-PIV先进流场测试技术的分析,确立了基于TR-PIV流动噪声预报的基本途径。以长深比为3:1的二维矩形孔腔作为研究对象,在CSSRC空泡水筒中应用TR-PIV获取了孔腔内部和周围的二维平面速度场,并对不同来流速度下的平均速度场、涡量场和湍流强度分布进行了计算比较。对孔腔内部流场的速度进行了频谱分析,获得了孔腔自由剪切层处的频谱特征,其频谱峰值频率与Rossiter经验公式结果吻合较好。TR-PIV能够的捕捉到孔腔流动的流动细节特征,帮助理解孔腔内部复杂流动物理机制,为探索流场特征和对应流动噪声之间的关系奠定了基础。然后,在计算预报流动噪声之前必须先获得瞬时压力场,本文通过积分不可压Navier-Stokes动量方程获得流场瞬时压力场分布。为了降低压力场计算误差,采用了全方向、多路径、取平均的处理方法。建立了压力场计算方法后,应用虚拟旋转速度场对压力场计算程序进行了验证,瞬时压力场计算值达到较高的精度。在计算速度梯度之前对速度场进行了低通滤波处理,以便获得质量较高的瞬时压力场来预报流动噪声。最后,将计算得到的瞬时压力场分布代入到Curle声学类比方程中,求解得到孔腔的流动辐射噪声。分析了不同距离接收点处孔腔流动噪声的频谱规律,并将孔腔声辐射特性和涡发放特征进行了比较,得出孔腔声辐射特性和孔腔自由剪切层处的涡发放有着相关的联系。

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 粘性流体力学 > 湍流（紊流）
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