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全附体潜艇的流场和流噪声的数值研究

作　者: 卢云涛
导　师: 张怀新
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 流噪声数值计算方法潜艇附体流场模拟
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 403次
引　用: 12次
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内容摘要

本文首先以水滴型潜艇“大青花鱼”为计算模型,分别采用目前应用较广的四种湍流模型:R NGκ-ε, Realizableκ-ε,κ-ω,SSTκ-ω结合RANS方程和FW-H声学模型(The Ffowcs Williams and Hawkings Acoustic Model)对水滴型潜艇模型的流噪声进行模拟,并将计算结果分别与试验值进行了对比分析,从中我们知道对于本文的计算模型和条件,相比较于其他三个湍流模型, RNG k -ε结合RANS方程和FW-H声学模型的方法可以较好地预报潜艇的阻力和流噪声。在以上工作的基础上,我们采用SIMPLE算法结合RNG k -ε湍流模式计算了全附体潜艇DARPA SUBOFF潜艇的三维流场,并对流场模拟结果进行验证,在此基础上加载FW-H声学模型(The Ffowcs Williams and Hawkings Acoustic Model)进行非定常计算,对潜艇流噪声声场进行模拟,计算了潜艇的自噪声和辐射噪声,验证了两种潜艇流噪声声场的特性。计算结果表明所采用的计算方法可以比较准确地模拟潜艇的流场和流噪声。随后我们考察了潜艇的附体即指挥台﹑尾翼对潜艇的流场和流噪声的影响,详细计算了DARPA SUBOFF潜艇模型裸艇体(hull)﹑有尾翼(stern appendages)﹑有指挥台(sail appendage)和全附体(fully appended)潜艇的流场和流噪声。并对计算结果进行对比分析,得到了各附体及其相互作用对潜艇周围流场和流噪声的影响。最后还对目前应用较多的两种尾翼布置形式十字型和X型尾翼的潜艇流场和流噪声进行对比计算,结果表明这两种尾翼布置形式在阻力和流噪声方面的表现基本相同。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 潜艇绕流场和流噪声研究的意义  9-10
  1.2 潜艇绕流场和流噪声研究的现状  10-15
    1.2.1 潜艇绕流场模拟的进展和现状  10-12
    1.2.2 潜艇流噪声模拟的进展和现状  12-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-17
第二章基本理论和数学模型  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 控制方程  17-23
    2.2.1 雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程  17-18
    2.2.2 湍流模型  18-21
      2.2.2.1 重整化的（RNG k? ε）湍流模型  18-19
      2.2.2.2 带旋流修正的（Realizableκ? ε）湍流模型  19-20
      2.2.2.3 标准κ? ω湍流模型  20
      2.2.2.4 剪切压力传输（SSTk? ω）湍流模型  20-21
    2.2.3 FW-H 声学模型  21-23
      2.2.3.1 Lighthill 声类比理论  21-22
      2.2.3.2 FW-H 方程与K-FWH 方程  22-23
  2.3 边界条件  23-25
第三章流噪声计算方法的研究  25-37
  3.1 引言  25-26
  3.2 计算模型与试验方案  26-28
    3.2.1 计算模型和网格划分  26
    3.2.2 试验方案  26-28
  3.3 计算结果与对比分析  28-36
  3.4 结论  36-37
第四章全附体潜艇绕流场和流噪声的计算研究  37-49
  4.1 引言  37-38
  4.2 模型选择和网格划分  38-39
  4.3 计算结果与分析  39-48
    4.3.1 潜艇绕流场的模拟结果与分析  39-43
    4.3.2 潜艇流噪声计算结果与分析  43-48
  4.4 结论  48-49
第五章指挥台和尾翼对潜艇流场和流噪声的影响  49-79
  5.1 引言  49
  5.2 计算说明  49-50
  5.3 流场计算结果与分析  50-61
  5.4 潜艇流噪声计算结果与分析  61-68
  5.5 十字型和X 型尾翼形式的流场和流噪声计算  68-77
    5.5.1 十字型和X 型尾翼形式的流场计算结果与分析  68-73
    5.5.2 十字型和X 型尾翼形式的流噪声计算结果与分析  73-77
  5.6 结论  77-79
第六章研究总结与展望  79-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
攻读硕士期间发表的学术论文和参加的科研项目  83

全附体潜艇的流场和流噪声的数值研究

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