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【6h】

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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1 绪 论

1.1 论文背景

1.2 二维、三维圆柱,突出体绕流问题的研究发展现状

1.3 突出体水动力噪声研究发展

1.4 大涡模拟的研究发展

1.5 研究内容以及创新点

2 研究理论和工具

2.1 RANS控制方程和湍流模型

2.2 声学理论

2.3 大涡模拟控制方程及相关理论

2.4 本章小结

3 数值模拟方法的可靠性分析

3.1 定常数值模拟方法可靠性

3.2 非定常数值模拟方法的可靠性

3.3 本章小结

4 不同长细比突出圆柱的流动结构分析

4.1 引言

4.2 计算结果与分析

4.3 本章小结

5 不同长细比突出圆柱的非定常漩涡特性分析

5.1 引言

5.2 计算结果与分析

5.3 本章小结

6 不同长细比突出圆柱水动力噪声特性分析

6.1 引言

6.2 XY平面水动力噪声分布特性

6.3 XZ平面水动力噪声分布特性

6.4 YZ平面水动力噪声分布特性

6.5 圆柱轴线方向远场噪声衰减特性

6.6 声场频域特性及涡量与声压级的关系分析

6.7 本章小结

7 全文总结和展望

7.1 本文主要研究工作和结论

7.2 对今后工作的展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文目录

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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RNGk-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RNGk-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。

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