《基於格子Boltzmann方法的潛艇泵噴推進器流噪聲預報研究》是依託華中科技大學，由魯建華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於格子Boltzmann方法的潛艇泵噴推進器流噪聲預報研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魯建華
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
潛艇泵噴推進器流噪聲預報是開發低噪聲潛艇的關鍵技術之一。泵噴推進器的複雜結構和水下工作狀態使常規流噪聲預報方法受制於流體微可壓條件、複雜動態邊界、大規模計算量的處理等諸多瓶頸，而這些瓶頸恰恰是近些年發展起來的格子Boltzmann(LB)方法的優勢所在。鑒於此, 本項目將採用LB方法這一先進數值模擬方法，結合GPU並行計算等高性能計算手段，對潛艇泵噴推進器不同工作狀態下的流噪聲產生傳播機理進行研究。主要包括：發展適合潛艇泵噴推進器流噪聲預報的LB模型和邊界處理格式；考察泵噴推進器的幾何參數、工作狀態參數等對噪聲場的聲源強度分布、輻射方向、頻率特性等的影響規律；探討不同噪聲源(單極子、偶極子和四極子等)對總體噪聲的貢獻。本項目的研究可以為潛艇泵噴推進器流噪聲提供合理高效的預報方法，為人們深入認識此類複雜的水下噪聲現象提供新的途徑，為發展相應的水下消聲降噪技術提供有益的理論指導。
結題摘要
水下流噪聲數值預報是發展低噪聲潛艇的關鍵技術之一，格子Boltzmann(LB)方法在模擬水下流噪聲方面具有巨大的潛在優勢。本項目初步發展了一種針對潛艇泵噴推進器流噪聲為例的基於格子Boltzmann方法水下流噪聲建模和模擬方法，並在此基礎上對其產生傳播機理進行了詳細探討。研究成果主要有如下三個方面：(1) 流噪聲LB建模方面，針對一般對流擴散方程分別建立了具有二階精度的LB矩形模型和含源項的LB模型；結合PML邊界處理格式建立了一種多鬆弛LB直接模擬模型；結合FWH方程建立了基於LB的混合模擬模型；實現了相應的CPU-GPU版本的算法程式；數值模擬結果表明了方法的有效性；(2) 動態邊界處理方面，構建了一種基本消除了邊界數值滑移的多鬆弛浸入式LB邊界處理格式；構建了一種能實現邊界低虛擬壓力波動的尖銳界面浸入式LB邊界處理格式，並將該格式拓展到多相情形。數值模擬結果和理論分析證明了方法的可靠性，並為進一步模擬涉及空泡噪聲問題奠定基礎；(3) 流噪聲產生傳播機理方面，研究了平面波、正弦波等在流體介質中傳播規律，作為泵噴推進器的一個簡單模型，探討了旋轉橢圓柱周圍流噪聲產生傳播原理。
