潛艇流噪聲
關注創建者：喬木_0234 創建時間：2023-03-30
潛艇流噪聲的視頻教程
417-三維圓柱繞流流場及噪聲仿真有聲解說視頻Workbench2020R1-FLUENT
POST-TECPLOT2019_MATLAB2017軟件的基本操作方法 課程介紹： 417-三維圓柱繞流流場及噪聲仿真有聲解說視頻Workbench2020R1-SCDM-ICEM-FLUENT-POST-TECPLOT2019_MATLAB2017 圓柱直徑（特征長度）D=10mm，計算域寬為B=πD≈31.4（取整32mm），來流速度（特征速度）U0=72m/s，雷諾數Re=4.8×104
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潛艇流噪聲的實例教程
Hydrodynamic source of flow induced noise of rudder blade airfoil structure
流激噪聲作用機理復雜，但總體來看舵葉流激噪聲大小主要由繞流速度和繞流部件形狀決定。舵葉來流的速度由潛艇航速和轉舵速度兩者共同決定。在舵不動時，繞流速度取決于潛艇航速；在舵運動時，繞流速度主要取決于轉舵速度。同時，轉舵速度也是影響操舵液壓系統振動噪聲的關鍵因素，因此在潛艇隱蔽航行時盡可能降低轉舵速度，并采取合理的操舵控制策略來提升運行的平穩性以降低操舵系統噪聲。
為降低繞流部件的影響，可優化改進舵葉的形狀。國際著名的翼型系列，包括NACA系列、HE ψ系列、JFS系列、WZF系列等。國內學者對各種翼形剖面的舵葉均有相關研究，如朱文蔚等[7]設計了JDYW對稱翼形剖面，陳偉民[8]研制了整流艉舵，周軼美等[9]開展了潛艇高效翼型舵的應用性研究，理論設計及計算流體動力學（CFD）仿真結果表明新型翼形結構在操縱性或升力系數等方面均有不同程度的改善，但是這些新型翼形剖面的舵葉應用仍有限，且都是基于NACA翼形的改進型。NACA系列翼形是目前資料最全、綜合性能最優，也是應用最廣泛的翼形剖面。
此外，舵葉的安裝形式也可能影響流激噪聲水平。根據旋轉軸與舵葉壓力中心的位置關系，分為平衡舵、不平衡舵、過平衡舵。平衡舵在零位附近可自行平衡水動力，有利于降低操舵裝置輸出功率，減小操舵系統噪聲，但平衡舵易發生顫振和自激振動。為優化舵葉布置形式，美軍“弗吉尼亞”級潛艇的艉升降舵采用了內外大小舵面設計，如圖3所示[10]。
展開 ② 螺旋槳唱音
螺旋槳唱音是螺旋槳葉片拍擊、切割水流而引起的，也稱為旋轉噪聲，它為線譜噪聲分量，其頻譜的頻率：
式中，n是螺旋槳葉片數；s是螺旋槳轉速；m是諧波次數。螺旋槳唱音是潛艇低頻段(1~100Hz)噪聲的主要成分。頻譜特性是聲納識別目標和估計目標速度的依據。
③ 螺旋槳噪聲方向性
船首和船尾方向比正橫方向輻射的噪聲小;在船首—船尾方向成30°角度內，指向性凹進去，船首方向比船尾方向凹進略多些。
(3) 水動力噪聲
水動力噪聲是由不規則的、起伏的海流流過運動船只表面而形成的，是水流動力作用于艦船的結果。產生機理：
水流激勵殼體振動或殼體上某些結構(葉片、空穴腔體等)共振；
湍流附面層產生的流噪聲(粘滯流體特性)；
航船拍浪聲(船首、船尾)、船上循環系統進水口和排水口的輻射噪聲。
根據布洛欣采夫理論，水動力噪聲強度主要與航速有關：
式中，k為常數，v是航速，n是與航船水下線形等因素有關的一個量。一般情況，艦船水動力噪聲小于機械噪聲和螺旋槳噪聲。
3、輻射噪聲源概要
艦艇的輻射噪主要噪聲源是機械噪聲和螺旋槳噪聲，二者貢獻的大小取決于頻率、航速和航深。對于給定的航速和航深，存在一個臨界頻率，低于此頻率時，譜的主要成分是機械和螺旋槳的線譜；高于此頻率時，譜主要成分是螺旋槳空化的連續譜。
通常艦艇的臨界頻率為100Hz-1000Hz，取決于船的種類、航速和航深。魚雷的臨界頻率比較高(機械速度高)。
展開 1工程背景
潛艇在水下運行中除了受自身發動機的影響，外殼還會發生振動并激勵外場海水介質形成輻射聲場。因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。
建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：
（1）流體是無粘和可壓縮的：
（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；
（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。
注：例子來自《ANSYS Workbench設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，本文則使用ACT方式實現并與原文結果作對比。本文附錄為原書中所需命令流，讀者可按原書自行求解。
2網格劃分
導入潛艇流固耦合模型在ANSYS Mechanical中如下圖所示。對于潛艇實體，采用automatic method劃分方法，網格尺寸為0.5m；對于流體域，則采用hex dominant method劃分方法，網格尺寸為1m。
3約束加載
加載ACT_Acoustics聲學模塊，在ANSYS Mechanical里面，選擇流體域為acoustic body，設置mass density為1000，sound speed為1500；在boundary conditions里面添加acoustic FSI interface，選擇潛艇表面為流固耦合面；同樣在boundary conditions里面添加acceleration，在y方向添加重力加速度。
4結果對比
使用ACT得到前十階模態結果以及第七階振型如下，第七階以彎曲振動為主。
與原文中前十階模態結果對比，結果一致。
展開 摘要
能源、船舶、電力行業常見的載流管道，通常包含彎頭、三通、異徑、閥門等流動奇異處，當流體(液體、氣體)在管內流動時會形成湍流。從定性的角度分析可得，湍流自身含有的湍動能一部分作為管道結構振動的激勵作用在管壁上，引起管壁的振動以及向外輻射噪聲，另一部分能量將作為流動聲源在管內產生噪聲。流致噪聲在航海、航空領域受到高度的關注，它不僅造成飛機、直升機艙室乘員感觀和心理上的不適，還嚴重影響水下作戰平臺（如潛艇）的隱蔽性。流致噪聲是指由于運動流體與固體邊界相互作用以及流體內部湍流所引起的輻射噪聲。其主要激發機理是由于固體與流體的相對運動以及流體自身的不規則運動所激起的流體內部及壓力擾動在介質中的傳遞。
自上世紀50年代，我國就已開展了湍流噪聲方面的研究，但進展緩慢；而且早期研究主要集中于湍流邊界層的近場特性，對流體自輻射噪聲的研究較少。時至今日，湍流噪聲的理論研究大都基于Lighthill聲比擬方程、Powell渦聲理論及Kirchhoff理論；其中Powell渦聲理論和Kirchhoff理論均是基于Lighthill聲比擬理論發展而來。
當流體流經封閉的障礙物管時，在障礙物管和主管道連接處由于慣性、流體內摩擦力、邊界層脫落效應的耦合疊加而產生漩渦脫落，其形成的管內噪聲是管道聲致振動疲勞損傷的重要原因。本技術貼從典型的漩渦脫落管內噪聲為例，介紹管內流動噪聲的計算方法。
本文使用ANSYS Fluent 19.0軟件，對圓柱擾流流動所引起的誘導噪聲進行聲比擬仿真，內容包括網格導入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數、后處理的設置。通過聲比擬方法獲得擾流流場和噪聲。
2. 模型仿真描述
本仿真為2D模型，圓柱直徑為1.9cm，來流風速為69.2m/s。
展開 1 旋轉機械流致噪聲問題
1.1 背景介紹
旋轉機械如泵、風機、風扇、螺旋槳、渦輪機械等廣泛應用于國民生產各部門，隨著產業競爭的加劇，人們對環保意識的提高，噪聲也成為產品核心競爭力的指標之一，如何降低噪聲也是各大風機廠等制造企業面臨的最具挑戰性的問題之一。
旋轉機械流致噪聲主要包括兩大類噪聲源：湍流噪聲和流致振動噪聲。湍流噪聲主要由其內部非穩定流動所引起的，從湍流噪聲產生的機理看，主要分旋轉噪聲（離散噪聲）和渦流噪聲（寬頻噪聲）兩大類；而流致振動噪聲則是由于流體流動產生的湍流脈動和聲脈動壓力作用在結構上，會引起結構的振動，如果激勵源頻率接近系統的某階固有頻率，將會引發共振而劇烈振動，從而輻射較強的噪聲。這兩類噪聲在旋轉機械中較為普遍，尤其針對具有管道系統的旋轉機械中，流致振動噪聲往往較為關注也比較突出。
1.2 理論介紹
目前，數值計算方法被越來越多的單位應用于旋轉機械噪聲評估與優化，可以對其噪聲產生機理和源特性進行詳細分析，同時方便分析諸多參數對噪聲性能的影響，為工程師設計低噪聲的產品提供數據支撐和理論指導。
旋轉機械的計算聲學就是利用現代CFD技術和噪聲模擬技術計算噪聲性能。在旋轉機械的設計階段就可以了解它們的設計與噪聲性能，減少試驗成本，縮短設計周期。因此，現代CFD與聲學數值計算技術已經成為廣泛采用的噪聲設計與優化技術。旋轉機械流致噪聲產生的最主要根源是流場產生的脈動引起的，因此準確模擬旋轉機械噪聲的前提是首先獲得準確的流場信息，然后采用合適的聲類比理論提取其流動聲源。
使用專業旋轉機械CFD模擬工具對各類型旋轉機械進行模擬，可以快速地獲得旋轉機械在工作狀態的流場信息。隨后利用聲學軟進行流動噪聲分析，建立的聲學模型結構表面為剛性壁面，湍流為聲源區，計算聲學域為湍流區以及外部的流場區域。在計算域外設置無限元包絡。
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云論壇主題
新能源汽車檢測與分析：電驅、噪聲與能量流
舉辦時間
2024年7月24日(周三) 14:00-16:30
演講日程
14:00-14:45
李勇-HBK亞太區EPT銷售拓展經理
新能源汽車能量流測試與分析
14:45-15:30
金鵬-HBK中國區應用服務經理
汽車車外噪聲測試與分析
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1 旋轉機械流致噪聲問題
1.1 背景介紹
旋轉機械如泵、風機、風扇、螺旋槳、渦輪機械等廣泛應用于國民生產各部門，隨著產業競爭的加劇，人們對環保意識的提高，噪聲也成為產品核心競爭力的指標之一，如何降低噪聲也是各大風機廠等制造企業面臨的最具挑戰性的問題之一。
旋轉機械流致噪聲主要包括兩大類噪聲源：湍流噪聲和流致振動噪聲。湍流噪聲主要由其內部非穩定流動所引起的，從湍流噪聲產生的機理看，主要分旋轉噪聲
1. 摘要
能源、船舶、電力行業常見的載流管道，通常包含彎頭、三通、異徑、閥門等流動奇異處，當流體(液體、氣體)在管內流動時會形成湍流。從定性的角度分析可得，湍流自身含有的湍動能一部分作為管道結構振動的激勵作用在管壁上，引起管壁的振動以及向外輻射噪聲，另一部分能量將作為流動聲源在管內產生噪聲。流致噪聲在航海、航空領域受到高度的關注，它不僅造成飛機、直升機艙室乘員感觀和心理上的不適
潛艇操舵系統噪聲綜述 \ | / ★ 廖健, 何琳, 陳宗斌, 譚曉朋 中國艦船研究, 2022, 17(5):74-84 摘 要 操舵系統噪聲是潛艇隱身工況下的主要噪聲源之一。首先結合操舵系統構成，從舵葉、傳動裝置以及舵液壓系統3個方面，梳理各組件噪聲源，提出減振降噪設計措施。然后，從使用維護角度給出低噪聲操縱的使用建議。舵液壓系統是操舵系統的驅動設備，也是主要噪聲源，將舵液壓系統噪聲源按照運行
艦船、潛艇和魚雷的輻射噪聲，是被動聲納的聲源信號。
艦船輻射噪聲的危害：
破壞了艦船的隱蔽性；
可能引爆某些水中兵器；
干擾本艦的水聲設備(自噪聲)。
艦船、魚雷輻射噪聲特點：噪聲源繁多、集中，噪聲強度大，頻譜成分復雜。
摘要：為揭示旋葉式壓縮機排氣閥片振動特性，建立閥片單質點模型。①研究排氣工況、幾何參數與閥片振動位移的關系，得到升程限制器改進結構；而后，建立改進閥片排氣結構流固耦合模型，研究閥片流動特性；②基于流場湍流參數建立排氣閥片寬頻噪聲模型，研究改進閥片噪聲分布規律，借助旋葉式壓縮機噪聲實驗臺，對改進前后壓縮機整機噪聲進行測試。研究表明：改進閥片參數，有效提高了平貼時間，降低了閥片振動速度峰值
本案例建立了一管道式淺口腔結構，基于COMSOL軟件的CFD模塊和聲學模塊仿真了管道系統中一種簡單的腔內流噪情景。仿真結果如圖所示。
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圓柱殼體濕模態，流噪聲和流激噪聲。
1工程背景
潛艇在水下運行中除了受自身發動機的影響，外殼還會發生振動并激勵外場海水介質形成輻射聲場。因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。
建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：
（1）流體是無粘和可壓縮的：
（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；
（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的
