本发明专利技术公开了一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法、装置及介质，所述方法包括：构建含曲率结构的流场模型并进行流场网格划分，计算含曲率结构的稳态外流场，得到湍流边界层关键参数；建立含曲率结构的有限元声学仿真模型，并进行声学网格划分和含曲率模型的结构网格划分；对含曲率模型的网格文件进行处理；将湍流边界层关键参数输入到非相关平面波等效算法中，生成湍流脉动压力的等效压力场；将压力场加载在含曲率模型表面的网格节点上，作为含曲率结构的有限元声学仿真模型的激励源，求解多组流激噪声响应，到最终声学响应值即流激噪声。本发明专利技术能拓宽湍流脉动压力波数‑频率谱的适用范围，为含曲率模型的流激噪声预报问题提供快速、准确的预测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流激噪声预报领域，具体涉及的是一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法、装置及介质。
技术介绍
1、水下航行器在中高航速下行驶时，流激噪声是主要的噪声源之一。流激噪声会增加航行器的暴露风险，同时也会对自身的声呐设备产生不利影响。随着各国水下探测设备探测能力的提升，在今后水声对抗中取得优势最有效的办法之一，就是针对水下复杂结构的流激噪声进行准确高效的预报。
2、流激噪声预报方法领域中激励源为湍流脉动压力，其受到来流速度、边界条件、结构物壁面形状等因素影响，具有时空随机特性。传统空间-频率域加载湍流脉动压力经验公式的方式求解流激噪声，是通过前人总结风洞、水洞的实验数据总结出的湍流脉动压力经验公式进行计算，但是这些数据的实验对象大多都为光滑平板，对于含曲率结构的适用性差。并且此方法的网格收敛规则是以迁移速度为基准，在空气和水中相同雷诺数下由于水的粘性较大，从而导致水中的迁移速度远小于空气中的，因此对于网格收敛标准变得十分严苛。庞大的网格计算量加上空间相关运算，该方法的内存占用极大、计算效率低。
3、近年来随着计算机技术的发展，使用大涡模拟法(les)计算湍流脉动压力之后，经过傅里叶变换结合有限元法求解声学响应，成为目前计算含曲率结构流激噪声的主流方式，不过由于大涡模拟法需要对结构表面附近进行非常细致、严格的网格划分，才能准确计算结构的湍流脉动压力，这会导致在高雷诺数且含壁面情况下网格划分的难度和计算资源的耗费激增，依旧耗时耗力。
技术实现思路
>1、专利技术目的：本专利技术提供一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法、装置及介质，能拓宽湍流脉动压力波数-频率谱的适用范围，为含曲率模型的流激噪声预报问题提供快速、准确的预测。2、技术方案：本专利技术所述的一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法、装置及介质，包括以下步骤：
3、(1)构建含曲率结构的流场模型并进行流场网格划分，利用雷诺时均法计算含曲率结构的稳态外流场，得到流场数据，经数据处理后得到湍流边界层关键参数；
4、(2)通过comsol建立含曲率结构的有限元声学仿真模型，建立无反射声场域并为模型赋予材料参数、物理属性、边界条件，后对有限元模型进行声学网格划分和含曲率模型的结构网格划分；
5、(3)对步骤(2)中含曲率模型的网格文件进行处理，来获得模型表面结构网格的单元数、节点坐标信息；
6、(4)将步骤(1)得到的湍流边界层关键参数输入到非相关平面波等效算法中，生成湍流脉动压力的等效压力场；
7、(5)将步骤(4)中所生成的压力场加载在含曲率模型表面的网格节点上，作为含曲率结构的有限元声学仿真模型的激励源，利用声振耦合有限元算法求解多组流激噪声响应，将多组计算结果进行集平均，得到最终声学响应值即流激噪声。
8、进一步地，步骤(1)所述边界层关键参数包括自由来流速度u∞、迁移速度uc、边界层厚度δ、边界层位移厚度δ*、壁面摩擦速度u*。
9、进一步地，步骤(2)所述含曲率模型的结构网格划分标准为π/2kf，其中kf为弯曲波数。
10、进一步地，步骤(2)所述声学网格划分按照λ/6的规则划分网格。
11、进一步地，其特征在于壁面摩擦速度u*由壁面摩擦剪应力τ(w)得到：
12、
13、其中，μ为动力粘度，ρ为流体密度，u(y)为边界层中的速度分布，y为到边界的距离。
14、进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：
15、将多列广义平面波叠加后形成的压力场定义为：
16、
17、其中，axy(t)为平面波幅值，作统计相关运算以及傅里叶变换后，得到对应的空间-频率谱函数：
18、
19、当幅值λij满足时，经过非相关平面波等效的压力场spp(x-x′,ω)近似等于湍流脉动压力场得到作用在翼型网格节点上的非相关平面波等效后的湍流脉动压力场：
20、
21、其中，φpp(kx,ky,ω)为湍流脉动压力波数-频率谱，在这里使用goody模型：
22、
23、其中，c1＝0.5，c2＝3，
24、进一步地，步骤(5)所述最终声学响应值即流激噪声为：
25、
26、其中，πrad为流激噪声的辐射声功率谱，e[]代表集平均，u*为结构位移u的复共轭，p为辐射声压。
27、本专利技术所述的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
28、存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
29、处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上所述的基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法的步骤。
30、本专利技术所述的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上所述的基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法的步骤。
31、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术通过雷诺时均法计算模型的稳态流场，获取湍流脉动压力经验公式的边界层关键输入参数；在此基础上运用非相关平面波等效算法，生成自由来流速度u∞下含曲率结构的等效湍流脉动压力场，借助comsolmultiphysics withmatlab接口将压力场加载到结构表面，利用声-结构耦合模块来计算含曲率结构流激噪声；本专利技术对含曲率结构的湍流边界层空间分布特性进行表征，并结合非相关平面波等效算法提高流激噪声的计算精度和计算速度。
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【技术保护点】
1.一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(1)所述边界层关键参数包括自由来流速度U∞、迁移速度Uc、边界层厚度δ、边界层位移厚度δ*、壁面摩擦速度u*。
3.根据权利要求1所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(2)所述含曲率模型的结构网格划分标准为π/2kf，其中kf为弯曲波数。
4.根据权利要求1所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(2)所述声学网格划分按照λ/6的规则划分网格。
5.根据权利要求2所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，其特征在于壁面摩擦速度u*由壁面摩擦剪应力τ(w)得到：
6.根据权利要求1所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(5)所述最终声学响应值即流激噪声为：
8.一种装置设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于COMSOL的含曲率结构流激噪声预报方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(1)所述边界层关键参数包括自由来流速度u∞、迁移速度uc、边界层厚度δ、边界层位移厚度δ*、壁面摩擦速度u*。
3.根据权利要求1所述的一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(2)所述含曲率模型的结构网格划分标准为π/2kf，其中kf为弯曲波数。
4.根据权利要求1所述的一种基于comsol的含曲率结构流激噪声预报方法，其特征在于，步骤(2)所述声学网格划分按照λ/6的规则划分网格。
5.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡昊灏，赵傲，顾秋赟，朱瑞祺，王彪，王康，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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