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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. 船用柴油机消声器湍流噪声仿真与优化设计

[学位论文] 胡锐哈尔滨工程大学 2021年硕士导师: 张新玉；武玉增共85页

摘要 : 消声器作为进排气系统中最简单有效的降噪设备，广泛应用于船舶行业中。但随着发动机功率的提升，进排气系统内气流流速提高，消声器的再生噪声便成为了不可忽视的问题。消声器再生噪声的产生因素较为复杂，其中，流体在经过消声器内部的复杂结构，引... 展开消声器作为进排气系统中最简单有效的降噪设备，广泛应用于船舶行业中。但随着发动机功率的提升，进排气系统内气流流速提高，消声器的再生噪声便成为了不可忽视的问题。消声器再生噪声的产生因素较为复杂，其中，流体在经过消声器内部的复杂结构，引起流体流动状态的不稳定而产生的湍流噪声为其主要组成部分。本文针对消声器气流湍流噪声展开研究。本文采用了Fluent中的RNGk-ε模型和宽频噪声模型对六种基础消声结构的定常流场和内场气流湍流噪声进行分析。根据数值计算结果得出消声结构中气流湍流噪声的产生机理，即各消声结构引起流场中产生速度梯度从而诱发气流湍流噪声;并总结出六种基础消声结构诱发气流湍流噪声的主要区域，即为进出口管道壁面，速度势核外焰区域以及各消声结构的壁面。采用Fluent和Virtual.Lab相结合的混合计算方法，以出口偏置消声结构和出口内插管消声结构为对象，研究了湍流噪声外场辐射的频谱特性。对计算所得的湍流噪声声压级频率响应曲线进行分析，得出膨胀腔较长时的出口偏置距离，膨胀腔较短时的出口偏置距离，出口内插管偏置距离和出口内插管长度对气流湍流噪声的影响规律;并分析各研究对象的内部流场得出产生这些影响规律的原因。对船用柴油机进气消声器进行优化设计，并通过数值计算对优化设计方案进行预测分析，计算结果表明优化方案全面提升了原消声器的性能。然后针对优化后的消声器的阻力性能和声学性能搭建试验台，验证了数值计算的准确性，并测得优化后消声器的阻力性能和声学性能均得到大幅提升，其中，柴油机110％工况下，阻力下降了100Pa，2000Hz-5000Hz频段内的插入损失提高了约15dB。收起

关键词 : 船用柴油机消声器湍流噪声优化设计

3. 湍流噪声的数值模拟：大涡模拟与Lighthill比拟理论混合法

[学位论文] 姚华栋中国科学院力学研究所 2008年博士导师: 何国威共92页

摘要 : 飞机、高速列车和潜艇等在运行时引起的湍流会产生巨大的噪声，这类噪声会严重影响人体健康或军事活动。因此研究湍流噪声具有重要的实用意义，一直受到民用和军事等领域的关注。湍流脉动的时空尺度具有宽广的范围，这要求湍流的直接数值模拟有... 展开飞机、高速列车和潜艇等在运行时引起的湍流会产生巨大的噪声，这类噪声会严重影响人体健康或军事活动。因此研究湍流噪声具有重要的实用意义，一直受到民用和军事等领域的关注。湍流脉动的时空尺度具有宽广的范围，这要求湍流的直接数值模拟有很高的时间和空间分辨率，从而造成巨大的计算量。以均匀各向同性湍流为例，如果要采用直接数值模拟计算出湍流场的各个尺度的脉动，总计算量会与湍流场雷诺数的三次方成正比。因此，在目前的计算机技术条件下，采用直接数值模拟来计算工程实际中的高雷诺数湍流运动仍然存在困难。同时，噪声的能量相对于湍流脉动很小，并且传播距离远，这对数值方法的精度和计算区域的选取提出了更高的要求。因此，湍流噪声的数值模拟面临巨大的挑战。本论文将采用大涡模拟/Lighthill比拟理论混合法研究均匀各向同性湍流的噪声。此方法解耦了湍流场和噪声场，对它们分别计算。具体包括两步：采用大涡模拟(LES)求解Navier-Stokes方程来计算湍流场的Lighthill应力张量；然后采用Lighthill声场比拟理论计算湍流诱导的噪声场。用LES计算湍流噪声时，无法直接计算出亚格子尺度速度产生的Lighthill应力张量，进而不能正确预测噪声。因此，需要建立亚格子模型来恢复这部分作用。主要的研究结果为：(1)采用随机下扫理论证明：对于均匀各向同性湍流，其压力脉动的时间去关联过程由下扫速度控制，并且压力关联函数具有与速度关联函数相同的去关联时间尺度。直接数值模拟结果验证了以上理论的正确性。(2)根据随机下扫理论推导出：在均匀各向同性湍流中，下扫速度控制Lighthill应力张量的时间去关联过程。噪声频率谱的直接数值模拟结果支持了这一理论。(3)采用运动学模拟构造了用于大涡模拟/Lighthill比拟理论混合法的亚格子模型。该模型弥补了以往亚格子模型(如涡粘模型、尺度相似模型和反卷积模型等)无法引入亚格子尺度脉动信息的缺点。计算结果证明了该模型的有效性。本论文讨论了在均匀各向同性湍流中的压力时空关联函数，这为正确认识湍流四极子声源的发声机制奠定了基础。通过研究均匀各向同性湍流的Lighthill应力张量，发现噪声频率谱不仅与湍流动能谱有关，而且受到随机下扫作用的控制，从而统一了前人关于湍流噪声频率谱标度律的理论。根据以上研究结果，采用运动学模拟建立了运动学亚格子模型，该模型有效地改善了大涡模拟预测湍流噪声的结果。收起

关键词 : 湍流噪声湍流场噪声场大涡模拟 Lighthill比拟理论混合法数值模拟

4. 海底管道泄漏被动检测关键技术研究

[学位论文] 潘泽宇中国科学院大学 2016年硕士导师: 许枫共65页

摘要 : 海底石油管道和天然气管道一旦发生泄漏，将会造成巨大的经济损失和严重的环境污染。探索海底管道泄漏检测的技术手段是海上油气田安保的重要方面。本文围绕“海底管道泄漏被动检测”这一主题，开展了以下几个方面的工作: 1、分析了Lighthill湍流... 展开

关键词 : 海底输油管泄漏被动检测湍流噪声模型水声信号去噪算法压缩感知

5. 煤层气抽采管网超声波检漏技术的研究

[学位论文] 邱飞煤炭科学研究总院 2011年硕士导师: 文光才;刘胜共70页

摘要 : 矿井瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的根本措施。将煤层中抽出的瓦斯加以利用，既可防止和减少煤矿重大瓦斯事故的发生，保证矿井安全生产，又可保护矿区环境，获得较好的经济效益和社会效益。输送管路本身的漏气，一方面将影响井下抽采负压的保持，从而影响... 展开

关键词 : 湍流噪声煤层气抽采管网矿井瓦斯抽采超声波检漏技术模块化设计数值分析