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[学位论文] 杜炳鑫哈尔滨工程大学 2019年博士导师: 张文平共317页

摘要 : 本文针对原始流声分解法流噪声预报结果中混有不稳定伪声压力的问题，开展流声分解法源项的来源、作用和不稳定源项分解研究，提出改进的流声分解方法，研究改进方法在各类层流和湍流噪声中的适用性，开发高效的改进流声分解法计算平台。经过严... 展开本文针对原始流声分解法流噪声预报结果中混有不稳定伪声压力的问题，开展流声分解法源项的来源、作用和不稳定源项分解研究，提出改进的流声分解方法，研究改进方法在各类层流和湍流噪声中的适用性，开发高效的改进流声分解法计算平台。经过严格数学推导，等熵状态的流声分解法方程与未简化的Lighthill方程具有相同表达形式，相较传统Lighthill方法，流声分解法额外考虑了由流场压力时间导数和负向不可压动量通量、粘性应力所产生的单极子和四极子声源。其声学连续性方程中的压力源项S1为单极子声源，动量方程中的声学对流项和速度源项S2、扩散项和粘性源项分别与可压流动量增量、粘性应力增量所产生的四极子声源相对应。流声分解法的压力源项S1、速度源项S2均是具有明确物理含义的声学源项，不可随意忽略。基于源项分解方法的流声分解法源项作用分析表明，压力源项S1、声扰动速度散度和流速相互作用所形成的速度子源项S2.1是声学辐射源项，而由声扰动速度及其方向上流速梯度相互作用所形成的速度子源项S2.2是造成流声分解法声场压力失稳的主要源项且其声学辐射能力较差。本文研究表明，声学粘性扩散项可减小声场的不稳定压力，但多数粘性源项反而会诱发速度子源项S2.2进一步失稳。本文提出声学方程中删除不稳定源项S2.2以及诱发其失稳的粘性源项的改进流声分解法I(m)。本文研究表明，改进后的流声分解法可有效预测层流状态的自由和壁面剪切流噪声。对于湍流噪声，改进流声分解法I(m)可有效用于采用雷诺平均湍流模型的壁面剪切流噪声以及采用滤波N-S方程(FNSE)方法的自由剪切流噪声预报。本文提出改进流声分解法I(m-c)，该方法通过采用速度源项控制函数，可有效抑制FNSE方法所得到的复杂壁面剪切流场对改进流声分解法I(m)声场不稳定压力的诱发作用，适用于低马赫数下各类层流和湍流噪声的预报。为了加快声学计算速度、消除流场网格不合理分布对声学结果的影响，本文开展了流场、声场采用两套网格方法对声场预报的影响，并建立声场网格匹配原则。通过合理选择插值函数，保证重构流场变量连续变化，两套网格方法既能准确获得流场压力、速度分布所引发的流噪声源项，又能排除流场网格不合理分布对流噪声预报结果的影响。使用两套网格方法可提高计算效率且准确地完成流噪声预报。本文建立了采用两套网格方法以及基于MPI信息传递的区域分解并行计算方法，对声学对流项进行优化处理，并可联合Fluent软件的高效改进流声分解法并行计算平台。测试结果表明，高效流噪声计算平台可有效用于低马赫数下各类静止壁面和自由剪切流声场的预报。收起

关键词 : 层流噪声湍流噪声源项分析流声分解法

2. 中等雷诺数下层流翼型纯音噪声声源特性分析

[学位论文] 史泽奇南昌航空大学 2022年硕士导师: 刘勇共62页

摘要 : 纯音噪声是一种典型的气动噪声，比背景宽频噪声声压级大20-30dB，其常会出现在中等雷诺数（104≤Re≤106）层流翼型设备中，如小型无人飞行器、微小型风力机等。纯音噪声现象及其形成机理十分复杂，目前还需要进一步理解和研究，涉及到翼型边界层流动... 展开纯音噪声是一种典型的气动噪声，比背景宽频噪声声压级大20-30dB，其常会出现在中等雷诺数（104≤Re≤106）层流翼型设备中，如小型无人飞行器、微小型风力机等。纯音噪声现象及其形成机理十分复杂，目前还需要进一步理解和研究，涉及到翼型边界层流动分离和再附的复杂流动过程、以及声涡非线性的相互作用等复杂的物理过程。因此研究中等雷诺数层流翼型纯音噪声声源特性，对了解纯音噪声生成机理和抑制噪声有重要意义。本文对中等雷诺数层流翼型纯音噪声声源特性作为主要研究内容。先采用了格子Bolztmann和大涡模拟相结合的LBM-LES方法，对气动噪声声场进行了直接计算。然后，对翼型边界层内流动动力学特性进行了分析，并采用DMD（DynamicModeDecomposition）方法提取与纯音噪声有关的流动结构，用以揭示纯音噪声声源的特征。基于噪声直接计算的非定常数据，分析了层流分离泡内流动的动力学特征，表明：翼型壁面附近剪切层内，分离后扰动从T-S不稳定向K-H不稳定转变，K-H不稳定对扰动的增长起重要作用；分离泡内扰动的增长导致剪切层的卷起主要与流向速度脉动有关；750Hz的大尺度旋涡结构是在分离泡内形成并发展成稳定结构，而2次和3次谐波频率对应的旋涡结构形成于流动转捩后，在分离泡外发展成稳定结构，说明远场2次及3次谐波纯音噪声和750Hz主纯音噪声生成机理不同。基于动模态分解DMD方法获得了与纯音噪声声源密切相关的周期性大尺度涡结构。对流动结构的分析表明：翼型后缘大尺度涡结构撞击壁面，导致周期性的涡破碎和近壁面流动压力振荡行为产生，向远场辐射出动态频率噪声信号。主频纯音噪声声源是不稳定的，其他离散纯音噪声声源是稳定的，其他离散纯音噪声是主频纯音噪声的谐波或者次谐波。收起

关键词 : 层流翼型纯音噪声声源特性中等雷诺数

3. 球形火焰实时圆检测算法研究

[学位论文] 童辉武汉理工大学 2015年硕士导师: 高岚共70页

摘要 : 层流火焰是综合体现混合气气体流动、化学反应和分子运输等特性的最基本的燃烧现象，它是湍流火焰研究的重要基础，并最终为发动机燃烧模拟以及优化研究提供基础数据。向外传播的球形火焰法因具有相关参数易于控制、火焰拉伸率定义明确、实验条件较为... 展开层流火焰是综合体现混合气气体流动、化学反应和分子运输等特性的最基本的燃烧现象，它是湍流火焰研究的重要基础，并最终为发动机燃烧模拟以及优化研究提供基础数据。向外传播的球形火焰法因具有相关参数易于控制、火焰拉伸率定义明确、实验条件较为宽广等优点，在获取燃料层流燃烧特性上得到了广泛应用。实验中，高速摄像机将获取大量球形火焰图像，人工处理图像工作量巨大且繁琐，利用计算机代替人工处理图像并获取球形火焰半径信息可以显著提高工作效率，而且可以得到较为稳定的结果。常规的球形火焰半径测量算法是以牺牲计算精度为代价的，虽然处理效率高，但检测结果存在较大偏差，而常用的圆检测算法通常计算量比较大，不能满足实时检测的要求。因此，本文结合球形火焰图像的特点，提出准确而高效的算法，主要工作如下：（1）根据球形火焰图像的特点，设计了有效的预处理方法。利用帧间差分去除点火电极、圆形视窗以及未燃区域的噪声干扰；利用中值滤波消除图像中独立的噪声点；最后用Canny算子边缘检测及射线定弧法捕捉图像二值化边缘。（2）结合画圆算法，采用假设到验证的思路，提出了圆生成算法圆检测算法。该算法能够达到亚像素级的检测精度，相较于国内其他课题组使用的方法在精度上有了很大的提升。（3）提出了基于圆直径特征的Hough变换圆检测算法，该算法的特点是利用特定的搜索方法，直接找到圆的直径，从而得到一组圆的参数，再利用Hough变换中证据累积的思路算出圆的圆心位置和半径大小。实验证明，该算法在保证检测精度的同时，相对于圆生成算法圆检测和其他常用圆检测方法，处理效率有明显的提升（4）将各种算法处理的结果进行分析比较。以人工处理结果为对照组，引入残差的概念，评估各种算法的精度；以处理单张球形火焰图像的平均时间来评价各种算法的处理效率。最终确定基于圆直径特征的 Hough变换圆检测算法是目前为止最优的球形火焰圆检测算法。收起

关键词 : 层流燃烧球形火焰 Hough变换噪声干扰图像处理

4. 中低雷诺数层流翼型纯音气动噪声数值研究

[学位论文] 冯欢欢南昌航空大学 2019年硕士导师: 刘勇共66页

摘要 : 微或小型无人飞行器和风力机等使用层流翼型的工业设备，在中低雷诺数(104＜Re＜106)条件下会产生强烈的纯音噪声，从而带来严重的噪声污染。因此，进一步理解层流翼型在中低雷诺数下纯音噪声，对于相关机械设备低噪声设计具有重要的意义。基于... 展开微或小型无人飞行器和风力机等使用层流翼型的工业设备，在中低雷诺数(104＜Re＜106)条件下会产生强烈的纯音噪声，从而带来严重的噪声污染。因此，进一步理解层流翼型在中低雷诺数下纯音噪声，对于相关机械设备低噪声设计具有重要的意义。基于LatticeBoltzmannMethod(LBM)与大涡模拟(LES)结合的LBM-LES方法，对层流翼型流场和声场进行直接计算，并对数值方法的可靠性进行验证。分别采用标准Smagorinsky、动态Smagorinsky和WALE三种亚格子模型对NACA0012翼型的多尺度复杂流场进行了数值模拟，通过分析相关流场参数和压力频谱特性，总结出可适用于反映翼型复杂的多尺度流场特性的亚格子模型。为了进一步探究中低雷诺数下层流翼型纯音气动噪声的性质，利用直接法对NACA0012翼型的流场和声场同时进行计算，研究了来流迎角、自由来流雷诺数对翼型非定常流动特征及翼型流场辐射噪声的影响。对于翼型的非定常流动，动态Smagorinsky模型在计算升力系数的时域过程表现出良好的对称性。流场结构的分析表明动态Smagorinsky模型相对于其他两种亚格子模型在数值模拟翼型流动时表现出较低的耗散性，更符合中低雷诺数下翼型绕流的真实流动，且可以很好的反映翼型边界层扰动变化的影响。此外，动态Smagorinsky模型可以捕获到明显的翼型后缘涡脱落纯音噪声的频谱特征。结合动态Smagorinsky模型通过对不同来流迎角、自由来流雷诺数下的翼型流场及纯音噪声进行研究可知，翼型的声源主要位于翼型的分离区和后缘处，在不同迎角和雷诺数下的声辐射特征均具有偶极子声场的特点；迎角的增大将引起较大的旋涡尺度和边界层扰动，吸力面声源区域前移。声压级频谱分析表明，随着迎角的增大，纯音噪声逐渐消失，噪声谱最终呈现宽频特征；随着雷诺数的增大，后缘压力脉动增大。声压级频谱中主频频率随着雷诺数的增大而增大，且符合Paterson公式的幂律关系。此外，声压级频谱特性随着雷诺数的增大表现出由离散特性向宽频特性转变的趋势。收起

关键词 : 雷诺数层流翼型大涡模拟气动噪声无人飞行器

5. X波段雷达海杂波中噪声抑制的研究与实现

[学位论文] 李英哈尔滨工程大学 2013年博士导师: 沈继红共135页

摘要 : 海浪是一种常见的海洋波动现象,它与海洋探索、海洋开发、海洋军事技术和海上航行安全等都有着十分密切的关系。对海洋环境实现全方位、多手段的立体监测,可以使人类及时、准确地掌握海洋自身运动变化的规律,以满足军事和民用两方面的需求。X波段航海... 展开海浪是一种常见的海洋波动现象,它与海洋探索、海洋开发、海洋军事技术和海上航行安全等都有着十分密切的关系。对海洋环境实现全方位、多手段的立体监测,可以使人类及时、准确地掌握海洋自身运动变化的规律,以满足军事和民用两方面的需求。X波段航海雷达以其高分辨率、使用便捷等优点逐渐成为海洋遥感领域的一个重要分支,也吸引了越来越多海洋遥感科学家的注意。因此,开展基于X波段航海雷达的海浪信息提取技术研究和设备开发具有重要的理论和现实意义。本文结合课题组在研项目,对X波段航海雷达海浪参数反演过程中的相关问题,如同频干扰、目标物和降雨等的噪声抑制,海流估算,带通滤波器设计和有效波高反演等进行了深入的研究,主要内容如下: 1、提出了一种将拉普拉斯算子和改进拉普拉斯算子相结合的同频干扰检测方法。海杂波图像中存在一定的同频干扰噪声,已有的同频干扰抑制方法大都是基于硬件设计的,而基于软件的处理方法大都会在处理同频干扰的同时导致海浪信息的丢失。因此本文提出了针对同频干扰的检测方法,并利用基于反距离加权插值及基于三角网格插值相结合的方法对雷达图像进行插值修复。对上述方法进行实验,并与中值滤波、均值滤波结果进行对比,验证了所设计方法的有效性。 2、利用Adaline神经网络估计图像回波强度分布模型的参数,提出了一种基于雷达图像时间序列回波信号时、空分布特性的目标物噪声检测方法。已有的目标物检测方法大都是基于单幅SAR图像展开的,目标物在图像中有清晰的边缘轮廓特征,而在本课题组雷达图像中,目标物的边缘是渐变的,和海浪信息没有明显的分界。为了适应课题的需要,设计该检测方法,并对上述方法进行实验验证,结果表明所设计的检测方法能快速有效的检测到回波图像中的目标物。 3、提出了一种使用质量控制、表面纹理视在特性比、信噪比和回波强度均值四个参数相结合的降雨噪声检测方法。已有的降雨干扰抑制方法大都是基于硬件设计的,基于软件设计的方法主要是利用二维表面参数(均值和差异系数)进行检测然后进行滤波处理。在本实验中,二维参数并不能有效地识别降雨图像,因此本文提出了针对降雨干扰的检测方法,对降雨影响较轻的图像进行频域滤波处理,并将滤波结果与中值滤波的结果进行对比。针对以上方法进行实验,实验结果表明所设计方法能有效地识别降雨和未降雨图像,并能有效地抑制降雨干扰。 4、提出了一种基于粒子群优化算法的海流信息提取方法以及基于基本色散关系和色散关系极限边界的带通滤波器。经验带通滤波器存在滤波信息不准的问题,需要对滤波器进行改进设计。由于海流在色散关系中起了重要的作用,而色散关系是带通滤波器的基础,所以带通滤波器的改进设计首要的是提高海流估算的准确度。本文介绍了几种目前常用的基于最小二乘原理的海流估算方法和几种经验带通滤波器,然后就所设计的估流方法和带通滤波器进行实验,实验结果验证了所设计方法的有效性。 5、提出了一种基于最小圆半径的野值剔除和数据稀疏化方法以及基于PSO的分段线性化有效波高反演方法。首先介绍了传统的线性模型建模方法和基本的分段线性化模型建模方法,并在此基础上设计了基于PSO的分段线性化建模方法,详细地给出了基本原理和流程。对信噪比和有效波高的原始反演结果进行了基于最小圆半径的野值剔除和数据稀疏化处理,并利用经过处理的数据对几种建模方法进行实验。实验结果验证了数据预处理方法和基于PSO的有效波高反演模型建模方法的有效性。收起

关键词 : X波段航海雷达噪声抑制海表层流带通滤波器有效波高