潛艇流噪聲的案例
廖健等：潛艇操舵系統噪聲綜述
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 艦船、潛艇、魚雷的輻射噪聲特性及其測量方法
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 水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比) ￥9
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 圓柱繞流流致噪聲仿真分析
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。
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旋轉機械流致噪聲解決方案
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。
展開 管道式淺空腔內流致噪聲數值仿真
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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Exa新的空氣聲學模擬技術——流致噪聲檢測
利用Exa公司的新技術，預測汽車零部件和系統中的流致噪聲是可能的。由Exa公司開發的一項革命性的新技術，可以在模擬中清楚地識別出空氣聲學噪聲源。
這個正在申請專利的功能叫做FIND（流致噪聲檢測）是在Exa power聲學軟件中實現的。Exa的聲學應用高級主管Franck Perot說:“以前的方法從如何從流動結果中提取實際信息，以減少噪音，這需要大量的培訓。Exa的工程師已經實現了先進的算法，可以量化流中的每一個單獨的渦流。”
FIND功能還可以分析設計的流體流動，并突出顯示每個區域的不同噪音水平。這使得工程師能夠識別出輻射噪聲的主要來源。在設計修改之前和之后也可以聽到產生的噪音，這樣可以聽到改進之后的效果。Perot說：“為了驗證這個技術，我們測試了大量的測試用例和生產案例，這些測試用例的噪音水平是通過測量得到的，并運行了PowerFlow以獲得參考模擬結果。
在這一點上，我們知道FIND所預測的噪聲源是正確的。我們下一步要做的是查看不同的修改，以檢查工具是否確實能夠指導設計。當我們檢查FIND的輸出功率時，我們在分貝差異方面得到了正確的趨勢，這讓我們有信心去描述不同的設計。”FIND對于預測諸如溫室或底盤風噪聲、HVAC和風機噪聲或來自排氣系統的噪聲的噪聲源特別有用。在與Exa的密切合作下，寶馬集團已經使用新工具對完整的HVAC系統進行了空氣聲學評估。寶馬此前曾發現，通過諸如管道或鼓風機等獨立部件的流動分析，對整個系統的聲學性能給出了不完全的信息。更糟糕的是，人們發現，僅僅根據它產生的聲音來決定改進哪個子系統是錯誤的。
通過使用PowerFlow的瞬態模擬作為分析完整的HVAC系統的基礎，寶馬工程師不僅能夠看到聲音是如何產生的，也能看到聲音是如何通過系統傳播到乘客的耳朵的。
展開 基于流固耦合的旋葉式壓縮機排氣閥片振動噪聲預估與試驗
3.3 氣動噪聲分析
旋葉式壓縮機排氣結構的氣動噪聲存在于結構內部，無法通過試驗將其內部噪聲分布情況可視化。噪聲沒有明顯的頻段，聲波能量連續分布在一個寬頻段范圍內按頻率連續分布。因此基于排氣閥片雙向流固耦合模型基礎上，對獲得的流場的湍流參數與寬頻噪聲模型結合進行分析，對排氣結構主要氣動噪聲源進行確定。
排氣結構流體區域的聲功率云圖，如圖12(a)所示。排氣孔中心線處流體區域特征截面的聲功率云圖，如圖12(b)所示。
(a) 流體區域聲功率云圖
(b) 特征截面聲功率云圖
圖12 排氣結構聲功率云圖
Fig.12 Acoustic power nephogram of exhaust structure
由圖12可知，排氣結構流場的高噪聲區域主要發生在閥片與閥座發生撞擊部位及消氣槽附近，最大聲功率級為148 dB；特征截面聲功率云圖的高噪聲區域與所提及的負壓區域和高流速區域相對應；合理的對消氣槽及其附近區域優化，降低氣體流速，可有效控制排氣噪聲部分氣動噪聲源。
4 旋葉式壓縮機整機噪聲試驗研究
4.1 噪聲測試系統搭建
為了測量升程限制器在改進前后旋葉式壓縮機整機降噪效果，分別對改進前后的旋葉式壓縮機在半消聲室中搭建噪聲測試試驗平臺進行多通道噪聲振動測試分析。該系統主要由吸氣壓力傳感器、排氣壓力傳感器、轉速傳感器、振動傳感器、聲音傳感器及采集設備組成。旋葉式壓縮機通過剛性支架安裝在試驗臺上，且半消聲室外有連接制冷系統，實現對冷媒與進氣管路及排氣管路的傳遞與控制。噪聲測試試驗臺如圖13所示。
展開 請問有沒有fluent導入VL做流激噪聲案例？
圓柱殼體濕模態，流噪聲和流激噪聲。
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