噪聲分析軟件Actran拖曳聲納流噪聲影響分析

2016-11-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

原文地址:噪聲分析軟件Actran拖曳聲納流噪聲影響分析作者:研發(fā)埠-材料學(xué)


拖曳式線列陣聲納在水下反潛戰(zhàn)中發(fā)揮著重要作用。拖曳陣工作時(shí),由于拖纜和海水間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),在拖纜護(hù)套的外表面附近存在海水介質(zhì)微團(tuán)的湍流脈動(dòng),由此激發(fā)出水動(dòng)力噪聲,稱之為流致噪聲。流致噪聲的強(qiáng)度是影響拖曳式聲納實(shí)際工作性能的重要因素:高速拖曳狀態(tài)時(shí),流噪聲的強(qiáng)度有時(shí)遠(yuǎn)大于環(huán)境噪聲,目標(biāo)的質(zhì)點(diǎn)振速信息將被完全淹沒在流噪聲中。

拖纜在海水中拖曳時(shí),海水和拖纜間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流噪聲按其機(jī)理,可分為兩種:一種是拖纜外表面處湍流邊界層中的脈動(dòng)壓力,主要由湍流的微尺度運(yùn)動(dòng)及表面的渦脫落產(chǎn)生。共有兩種作用模式:1)透過護(hù)套,傳遞到內(nèi)部流體;2)護(hù)套的耦合激勵(lì),產(chǎn)生再輻射噪聲。另一種是由拖船尾流、渦流等不穩(wěn)定性所引起的拖纜和尾纜的振動(dòng),這兩種振動(dòng)即使經(jīng)過隔震模塊衰減,仍可引起線陣的振動(dòng),并由此可產(chǎn)生三種傳播形式的波:1)在液體介質(zhì)中傳播的縱波;2)在護(hù)套殼內(nèi)傳播的剪切波;3)結(jié)構(gòu)共振模態(tài)產(chǎn)生的再輻射聲波。

本次分析僅考慮第一種機(jī)理產(chǎn)生的噪聲影響。

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一、研究對(duì)象

1)拖曳聲納管道以水平方向拖動(dòng),管道外是水,管內(nèi)是油,水聽器放置在管道中;

2)本次計(jì)算忽略水聽器,僅求解外部湍流邊界層脈動(dòng)壓力作用于管壁以及管內(nèi)的聲場分布;

3)管道直徑0.066米,壁厚0.002米,以7米/秒的速度沿軸向拖動(dòng);


4)管壁材料參數(shù):楊氏模量5.35E10帕,阻尼0.1,泊松比0.35,密度1180千克/米3;

5)管內(nèi)流體:桐油密度933千克/米3,聲速1450米/秒。

二、分析步驟


步驟1. Fluent非定常流場計(jì)算

Fluent計(jì)算模型:外部建立圓柱流場包裹管道,管長L=1米,管道半徑r=0.033米,流體圓柱體半徑R=0.2米。

Fluent計(jì)算:

1)定常流動(dòng)模擬 使用RANS定常流動(dòng)計(jì)算,建立流場。

2)流場建立后轉(zhuǎn)非定常大渦模擬 一般需要等流場穩(wěn)定后,才能得到可利用的數(shù)據(jù);本次計(jì)算從演示的目的出發(fā),從0.2026s時(shí)間步開始保存數(shù)據(jù),連續(xù)保存270個(gè)時(shí)間步結(jié)果。

步驟2. ACTRAN/iCFD表面脈動(dòng)壓力提取與時(shí)頻轉(zhuǎn)換

提取流動(dòng)噪聲源:

1)Nyquist Theorem

原始連續(xù)時(shí)間變量q(t)

離散采樣時(shí)間序列q(tk)

q(t)~q(tk) if Δt<1/(2fmax)

fmax= 5000Hz Δt<0.0001s

2)CFD非定常流場采樣

fmin= 1/(NΔt)

fmax= 1/(2Δt)

Δf = fmin

N = 270, Δt = 0.0001s

Δf= fmin= 37.037 Hz

fmax= 5000Hz


表面壓力:

1)0.2026s時(shí)刻表面壓力

2)0.2295s時(shí)刻表面壓力


3)1000Hz表面壓力

4)2000Hz表面壓力


步驟3. ACTRAN拖曳聲納流致噪聲影響計(jì)算

ACTRAN模型說明:截去管道兩頭部分,取中間一段管道計(jì)算,L1=0.5米。


ACTRAN流致噪聲影響計(jì)算:


場點(diǎn):建立四個(gè)場點(diǎn):point1 [0.5,0,0]、 point2 [0.5,0.1,0]、point3 [0.5,0.2,0]、 point4 [0.5,0.3,0]

三、位移云圖



四、聲壓云圖



五、場點(diǎn)聲壓級(jí)頻譜曲線


六、場點(diǎn)聲壓級(jí)比較


七、總結(jié)

1、本次分析包含CFD計(jì)算與CAA計(jì)算:

CFD計(jì)算使用Fluent軟件 非定常計(jì)算使用大渦模擬模型;0.0001秒間隔,從0.2026s時(shí)刻開始連續(xù)提取270個(gè)時(shí)間步。

CAA計(jì)算使用ACTRAN軟件 ICFD提取表面脈動(dòng)壓力并進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換;ACTRAN計(jì)算流致噪聲影響。

2、本次分析值得改進(jìn)的地方:

1)非定常計(jì)算時(shí)間不夠長,流場計(jì)算尚未穩(wěn)定;

2)保存的時(shí)間步不夠多,轉(zhuǎn)換后的頻率步長較大;

3)本次分析僅作為該類型問題的演示算例,激勵(lì)方式與邊界處理方法值得進(jìn)一步研究。

八、未來的工作

1、壁面脈動(dòng)壓力采樣方式比較 Integration積分法 vs Sampling 采樣法;

2、脈動(dòng)壓力求解方法比較 CFD技術(shù)與ACTRAN中的TBL(湍流邊界層)激勵(lì)模型比較。



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