基于 CFD 的水下航行器流向方向上腔体距离的研究.pdf

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1、ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期基于CFD的水下航行器流向方向上腔体距离的研究庞月，曹家鑫（天津大学机械工程学院，天津３０００７２）摘要：以水下航行器上的腔体间距为研究对象，采用大涡数值模拟方法求解，建立了不同腔体间距的二维方腔模型，模拟其流场及声场特性，并分析流场与声场的相关性，揭示涡声关系，从而控制和改善水下航行器的涡流边界层流动状态，为其低阻力、低噪声及高可靠航行性能优化设计提供较好的理论工具。关

2、键词：流体动力学；方腔排布；流动噪声中图分类号：ＴＫ７　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００７６—０５ResearchaboutthedistanceofcavitydowntheflowdirectionofAUVbasedonCFDＰａｎｇＹｕｅ，ＣａｏＪｉａｘｉｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕ

3、ｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅａｓｏｂｊｅｃｔ．Ｕｓｅｔｈｅｍｕｌｔｉ-ｓｃａｌｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｓｅｔｕｐｔｈｅｗａｔｅｒｏｆｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｍｕｌｔｉ-ｃａｖｉｔｙｏｆａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒ-ｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉ-ｃａｖｉｔｙｌａｙｏｕｔｏｎｔｈｅｖｏｒｔｅｘｆｉｅｌｄ

4、ａｎｄｔｈｅｒａｄｉａｔｅｄｎｏｉｓｅｆｉｅｌｄｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓｈｉｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｎｏｉｓｅｏｆ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｔｏｏｌｓｆｏｒｉｔｓｌｏｗｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｌｏｗｎｏｉｓｅａｎｄｈｉｇｈｒｅｌｉａ-ｂｌｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Keywords：ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）；

5、ｓｑｕａｒｅｃａｖｉｔｙｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｆｌｏｗｎｏｉｓｅ为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，０　引言如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量由于水下航行器要在海洋环境下进行长时序、长值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于距离的工作，航行器上需要搭载各种不同的海洋监测这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求［１］与勘探仪器，造成其表面出现大量不规则凸起、腔体解代数方程组，获得场变量的近似值。仿真涉及两或者孔隙，水流流经其凸起、孔穴等附体结构时会产大部分，

6、即首先采用ＦＬＵＥＮＴ软件对空腔周围的流体生流动噪声，水下装备产生的噪声一方面使海洋环境进行水动力学仿真，将流场的计算结果赋予声场模遭受噪声污染，另一方面也降低了水下装备的安全性型，然后采用ＡＣＴＲＡＮ软件对涡流噪声进行仿真。具与可靠性。本文主要针对水下航行器上的空腔结构体的研究方案流程如图１所示。在流向方向上腔体间距对流动噪声的影响进行研究，２　几何模型与网格划分对方腔排布提出合理性建议。根据笔者所在实验室前期研究成果表明，二维方１　研究方法腔模型的长度l和深度d之比（长深比）为１∶１时，空本

7、文以计算流体动力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙ-腔流动噪声及声辐射均较小，因此，本文以该长深比ｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）为基本理论，结合大涡数值模拟思想模型为基准，对双腔间距的设计提出指导性建议。（ＬＥＳ）进行仿真，研究不同腔体间距对涡流噪声的影２．１　几何模型响。计算流体动力学（ＣＦＤ）是通过计算机数值计算二维方腔模型的长、深尺寸分别为：长度l＝５ｃｍ，和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理深度d＝５ｃｍ。为了保证流动的充分进行，设定入流口现象的系统所做的分析。ＣＦＤ的基本思

8、想可以归结深度d入＝５d＝２５ｃｍ，出流口深度d出＝５d＝２５ｃｍ，入７６庞月，等：基于ＣＦＤ的水下航行器流向方向上腔体距离的研究２０１３年第１１期则分布。其目的是使近壁位置的网格较小，以观察近壁位置的流动情况；基于笔者所在实验室前期对壁湍流的讨论，对近壁区域（在声源区靠近方腔前壁和后壁的区域）进行特殊划分，运用边界层网格控制其距离，空腔内部及边界层最小网格尺寸为０．０７ｍｍ，单元数为３８７３６，节点数为３９５６８，流场网格划分示意图如图３所示。图３　流场网格划分示意图图１　研究方案流程２．３