一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，包括以下步骤：1、对螺旋桨计算域进行网格划分，检查网格质量并定义边界条件；2、在Fluent软件中导入划分好的网格文件并进行网格相关操作；3、采用Profile文件或UDF宏的方式将入流速度值导入到入流速度面；4、设置计算模型；5、设置求解参数、初始化和收敛条件；6、进行稳态计算并验证敞水性能；7、在Fluent软件中，将稳态计算作为非稳态计算的初始值进行非稳态迭代计算；8、根据非稳态的脉动压力数据，选择FW

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法。

技术介绍

[0002]类圆柱壳体辐射噪声主要为水动力噪声和螺旋桨噪声两部分，类圆柱壳体的水动力噪声是由类圆柱壳体周围湍流边界层内的扰动、壁面上的脉动压力以及流体与固体的耦合作用导致的结构振动共同引起的。类圆柱壳体周围的流场，尤其是湍流边界层内，存在着涡旋运行以及流体碰撞而导致的能量交换，产生的是四极子声源可以忽略不计。壁面上的脉动压力是偶极子声源，是水动力噪声的主要成分。
[0003]螺旋桨不同，螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声也不同。存在螺旋桨目标几何结构难以直接提取的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法,以解决目标几何结构难以直接提取的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、对螺旋桨计算域进行网格划分；
[0008]步骤2、在Fluent软件中导入划分好的网格文件并进行网格相关操作；
[0009]步骤3、将入流速度值导入到入流速度面；
[0010]步骤4、计算模型设置；
[0011]步骤5、设置求解参数、计算的初始化以及收敛条件；
[0012]步骤6、进行稳态计算并验证敞水性能；
[0013]步骤7、进行非稳态迭代计算；
[0014]步骤8、根据脉动压力和FW
‑
H模型对螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声进行数值预报；
[0015]步骤9、分析不同螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声的谱特性。
[0016]进一步的，在步骤1中设定坐标原点在螺旋桨中心点处，螺旋桨的旋转轴为x轴，螺旋桨的直径为D，设置x正方向为下游，x负方向为上游；建立计算动域和计算静止域；进行网格划分，检查网格质量；定义流体计算域和边界条件。
[0017]进一步的，在步骤2中，进行网格相关操作是将步骤1中划分好的网格文件读入到CFD软件中进行网格检查，使得最小网格体积大于零；进行计算域尺寸的调整，调整网格的尺寸比例，使尺寸符合实际模型的大小；将网格进行交换和光滑处理，交换系数从小到大进行光滑和交换操作，使得每个交换系数的交换网格数据为零。
[0018]进一步的，在步骤3中，采用Profile文件或UDF宏的方式将入流速度导入到入流流
速度面。
[0019]进一步的，所述步骤4中计算模型设置在CFD软件中进行，包括以下步骤：定义求解器，按照默认的设置；选择k
‑
epsilon模型，在k
‑
epsilon模型下选择选项Stadard，在Near
‑
Wall Treatment选项下选择标准壁面函数；流体介质的选取，选取water
‑
liquid和water
‑
vapor，根据实际值设置流体介质的密度和粘性系数；设置操作环境，在Operation Pressure中根据实际值写入环境压力；将螺旋桨的旋转速度n的单位选为rpm；设置边界条件，包括选择流体动域的坐标系，定义动域旋转轴为x轴，根据实际值设定选择速度，速度方向遵循右手准则，默认流体静止域为静止坐标系，入流速度面中速度采用笛卡尔坐标系，分别选择Profile读入文本文件中的速度值或UDF，计算域外围入流速度面中速度采用笛卡尔坐标系，x方向的速度值根据实际的入流速度进行设定，压力出口选择静压力为零，定义螺旋桨的桨叶和桨毂壁面速度无滑移，粗糙系数为0.5，最后定义交界面。
[0020]进一步的，在步骤5中设置松弛因子，其中vapor，Turbulent Kinetic Energy，Specifiec Dissipation Rate，Turbulent Viscosity的松弛因子为λ，其它保持不变，定义差分方程形式，其中Pressure为Standard，其它的均为First Order Upwind形式；将入流口速度面的速度作为初始值；设置各参数的计算收敛残差。
[0021]进一步的，在步骤6中在Fluent软件中通过设置不同的操作环境进行稳态计算，计算螺旋桨的敞水水动力参数值，包含推力系数K
T
和力矩系数K
Q
，并与实际值进行对比验证，验证模型的准确性。
[0022]进一步的，在步骤7中，将计算模型更改为非稳态计算，将步骤6中的稳态计算结果作为初始条件，进行非稳态迭代计算，迭代时间步长为Δt，每个迭代步的迭代次数为m，记录非稳态流场脉动压力数据。
[0023]进一步的，在步骤8中，根据记录的非稳态流场脉动压力数据，选择FW
‑
H模型，设定传感器位置，计算螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声。
[0024]本专利技术的一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，具有以下优点：
[0025]1、本专利技术的估计方法在CFD软件中利用FW
‑
H方程求解螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声，快速求解不同螺旋桨驱动下类圆柱壳体辐射噪声线谱与螺旋桨间的关联性，工程实用性强；
[0026]2、本专利技术的估计方法可以通过网格建模和数值计算的方法解决结构和边界复杂的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声的线谱特征分析问题。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法流程示意图；
[0028]图2(a)为本专利技术的前后桨模型图；
[0029]图2(b)为本专利技术的类圆柱壳体模型图；
[0030]图3(a)为本专利技术的CPR4桨驱动下的类圆柱壳体在进速系数J＝0.7下的声压频率响应图；
[0031]图3(b)为本专利技术的CPR4桨驱动下的类圆柱壳体在进速系数J＝0.8下的声压频率响应图；
[0032]图3(c)为本专利技术的CPR4桨驱动下的类圆柱壳体在进速系数J＝0.9下的声压频率响应图；
[0033]图3(d)为本专利技术的CPR4桨驱动下的类圆柱壳体在进速系数J＝1.0下的声压频率响应图；
[0034]图3(e)为本专利技术的CPR4桨驱动下的类圆柱壳体在进速系数J＝1.1下的声压频率响应图；
[0035]图4为本专利技术CRP4桨驱动下的类圆柱壳体在转速30r/s下的声压频率响应图；
[0036]图5为单桨驱动下的类圆柱壳体的声压频率响应图。
具体实施方式
[0037]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法做进一步详细的描述。
[0038]如图1所示，一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，包括如下步骤：
[0039]步骤1、对螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对螺旋桨计算域进行网格划分；步骤2、在Fluent软件中导入划分好的网格文件并进行网格相关操作；步骤3、将入流速度值导入到入流速度面；步骤4、计算模型设置；步骤5、设置求解参数、计算的初始化以及收敛条件；步骤6、进行稳态计算并验证敞水性能；步骤7、进行非稳态迭代计算；步骤8、根据脉动压力和FW
‑
H模型对螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声进行数值预报；步骤9、分析不同螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声的谱特性。2.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，其特征在于，在步骤1中设定坐标原点在螺旋桨中心点处，螺旋桨的旋转轴为x轴，螺旋桨的直径为D，设置x正方向为下游，x负方向为上游；建立计算动域和计算静止域；进行网格划分，检查网格质量；定义流体计算域和边界条件。3.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，其特征在于，在步骤2中，进行网格相关操作是将步骤1中划分好的网格文件读入到CFD软件中进行网格检查，使得最小网格体积大于零；进行计算域尺寸的调整，调整网格的尺寸比例，使尺寸符合实际模型的大小；将网格进行交换和光滑处理，交换系数从小到大进行光滑和交换操作，使得每个交换系数的交换网格数据为零。4.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，其特征在于，在步骤3中，采用Profile文件或UDF宏的方式将入流速度导入到入流流速度面。5.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动下的类圆柱壳体辐射噪声数值预报方法，其特征在于，所述步骤4中计算模型设置在CFD软件中进行，包括以下步骤：定义求解器，按照默认的设置；选择k
‑
epsilon模型，在k
‑
epsilon模型下选择选项Stadard，在Near
‑
Wall Treatment选项下选择标准壁面函数；流体介质的选取，选取water
‑
liquid和water
‑
vapor...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹红丽，王晓燕，方世良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：