【摘要】：水下排氣過(guò)程往往伴隨有強(qiáng)烈的聲學(xué)信號(hào)產(chǎn)生,其聲特性及其抑制或主動(dòng)利用在近年來(lái)逐漸成為研究熱點(diǎn),且涉及到多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。如,水下裝備的廢氣排放所產(chǎn)生的噪聲不僅會(huì)干擾己方通訊、破壞隱蔽性,還會(huì)造成工作和海洋環(huán)境的聲污染,排氣噪聲的控制是關(guān)鍵問(wèn)題;在過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域的鼓泡塔等典型設(shè)備中,可以通過(guò)聲學(xué)測(cè)量手段獲取兩相流流場(chǎng)信息。因此,無(wú)論從噪聲的抑制還是主動(dòng)的聲學(xué)應(yīng)用角度考慮,水下排氣聲特性及其產(chǎn)生機(jī)理的研究都具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文面向水下排氣過(guò)程,采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方法,對(duì)氣液兩相流復(fù)雜流動(dòng)狀態(tài)的演化過(guò)程與輻射聲學(xué)特性進(jìn)行同步分析,研究水下氣體高速射流和氣泡流兩種氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)下的聲產(chǎn)生機(jī)理,為氣泡聲特性的控制和利用提供依據(jù),主要工作包括以下幾個(gè)方面:1.基于LIGHTHILL聲類比思想建立了水下排氣噪聲的數(shù)值預(yù)測(cè)模型,在氣液兩相流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了水下排氣流場(chǎng)與聲壓信息的同步獲取,并在水下超聲速排氣和低速氣泡流兩種典型排氣過(guò)程中得到應(yīng)用;采用濾波和傅里葉變換等信號(hào)處理手段,實(shí)現(xiàn)了水下排氣噪聲數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果的分離、提取和分析。2.基于MIXTURE模型對(duì)水下超聲速排氣形成的兩相流流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)求解FW-H方程得到水下超聲速氣體噴流噪聲特性,實(shí)現(xiàn)了噴流結(jié)構(gòu)及其輻射噪聲的數(shù)值預(yù)測(cè);并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了噪聲預(yù)測(cè)方法,預(yù)測(cè)和試驗(yàn)得到的總聲壓級(jí)差值小于3.6分貝。結(jié)合時(shí)-頻分析方法研究了噴流噪聲產(chǎn)生的物理機(jī)制,發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)激波結(jié)構(gòu)演化過(guò)程與聲壓脈動(dòng)信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;討論了不同噴管出口環(huán)境背壓和來(lái)流總壓對(duì)流場(chǎng)與聲場(chǎng)的影響。3.基于VOF模型對(duì)水下排氣形成的氣泡流進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了聲源積分面選取以及網(wǎng)格大小對(duì)氣泡聲學(xué)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響,并通過(guò)文獻(xiàn)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模擬方法的可行性和準(zhǔn)確性。結(jié)合信號(hào)處理手段得到了氣泡產(chǎn)生頻率和氣泡體積振動(dòng)頻率的預(yù)測(cè)結(jié)果;發(fā)現(xiàn)管口氣泡脫離瞬間伴隨著流場(chǎng)內(nèi)壓力脈動(dòng)峰值和時(shí)域波形類似于衰減的正弦波的聲壓信號(hào)的出現(xiàn)。4.基于數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究分析了水下低速排氣管口氣泡脫離特性及其噪聲產(chǎn)生機(jī)理,研究了管口結(jié)構(gòu)在氣泡生成過(guò)程所起到的“導(dǎo)流”作用;發(fā)現(xiàn)管口周圍液體的運(yùn)動(dòng)不僅影響氣泡脫離過(guò)程同時(shí)也是誘發(fā)氣泡發(fā)生體積振動(dòng)并輻射聲壓信號(hào)的激勵(lì)源。本文針對(duì)水下超聲速氣體射流和低速氣泡流的聲特性研究,建立了數(shù)值預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)方法,可為水下排氣噪聲的預(yù)報(bào)和聲特性研究提供一種工程解決方案。對(duì)兩種典型水下排氣過(guò)程聲信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)可為水下排氣噪聲的控制和聲信號(hào)的主動(dòng)利用提供理論和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O35
【圖文】：

ｌ聲類比理論中，假設(shè)聲源近場(chǎng)區(qū)域被周圍靜止流體包圍，因此在的幅值很小，可通過(guò)式（２－３０）求解聲學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)的聲傳播。但在聲體流動(dòng)和漩渦脫落現(xiàn)象，流體的部分能量轉(zhuǎn)化為聲能，線性聲學(xué)考慮波動(dòng)方程的非線性項(xiàng)。圖２－１展示了邋Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ聲類比理論中情況。在湍流流動(dòng)區(qū)域，聲波傳播方程的右端源項(xiàng)＾＃０；而周圍播方程右端源項(xiàng)９邋＝邋０。逡逑續(xù)介質(zhì)，在無(wú)外力的情況下，考慮壓縮性、粘性效應(yīng)和流體間的可表示為逡逑）可以表示為逡逑＾￣ｃ２ｙ２ｐ邋＝邋ａ￣邐ｃｔ１邐ＯＸ邋ｆｉｘ邋ｊ逡逑

２．４．２邋Ｆｆｏｗｃｓ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ邋ａｎｄ邋Ｈａｗｋｉｎｇｓ邋（ＦＷ－Ｈ）方程逡逑Ｆｆｏｗｃｓ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ邋ａｎｄ邋Ｈａｗｋｉｎｇｓ邋（ＦＷ－Ｈ）方程在Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ聲類比理論的基礎(chǔ)上考慮了逡逑運(yùn)動(dòng)界面Ｓ對(duì)聲場(chǎng)的影響。假設(shè)流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)存在界面Ｓ邋（如圖２－２所示），ＦＷ－Ｈ方程的表逡逑達(dá)式為逡逑＿邐＝巖邋＿是｛［啊＋＿邋ｖ＂）汽’）］（２－３５）逡逑式中％代表流體沿界面法向的速度，＼代表界面沿其法線方向的速度；引入界面函數(shù)／，逡逑有逡逑＜０，ｒｅｇｉｏｎ邋１逡逑／＜＝０，邋ｓｕｒｆａｃｅｓ邐５邋（／）邋＝邋｜＾’邐（邋一邋0逡逑＞邋０，邋ｒｅｇｉｏｎ邋２邐’逡逑ｆ＞０逡逑ｆ＝ｃｕ＿邐邐邐ｒｅｇｉｏｎ邋２逡逑，邋、、逡逑，邐ｆ＜０邐１逡逑＼邋－邋，逡逑＼邋ｒｅｇｉｏｎ邋１邋ｙ逡逑一逡逑ｎ逡逑圖２－２邋ＦＷ－Ｈ方程中界面函數(shù)原理圖逡逑式（２－３５）的左端為傳統(tǒng)波動(dòng)方程的基本形式；右端項(xiàng)則展示了三種不同形式的聲源逡逑２６逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫靜;周謙;;水下氣體射流技術(shù)的柱形與環(huán)形結(jié)構(gòu)仿真分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2016年18期

2 吳fE;王麗芳;高慧杰;武文斐;李鐵;;頂部浸沒(méi)式氣體射流初始沖擊行為特征的數(shù)值模擬[J];鍋爐技術(shù);2013年03期

3 李文峰;肖旭霖;;氣體射流沖擊技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];食品科學(xué);2012年19期

4 李向陽(yáng);成文俊;趙永杰;楊琳梅;;高溫高速氣體射流沖擊傾斜平板的換熱特性研究[J];機(jī)電設(shè)備;2011年04期

5 魏海鵬;郭鳳美;權(quán)曉波;;水下氣體射流數(shù)值研究[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2009年02期

6 楊文俠;張世湘;姜新杰;高振江;;氣體射流沖擊烤鴨加工技術(shù)及抑制多環(huán)芳烴研究[J];食品科技;2009年07期

7 馬玲娟;高振江;姜新杰;;氣體射流沖擊“北京烤鴨”鴨皮膨化試驗(yàn)研究[J];食品科技;2006年08期

8 馬玲娟;高振江;姜新杰;;氣體射流沖擊“北京烤鴨”鴨皮膨化試驗(yàn)研究[J];肉類研究;2006年12期

9 賀小艷,馬漢東,紀(jì)楚群;水下氣體射流初期數(shù)值研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯);2004年02期

10 吳薇,高振江,秦新忠,張世湘;氣體射流沖擊食用菌燙漂新工藝試驗(yàn)研究[J];食用菌;2004年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 郭強(qiáng);王曉剛;施紅輝;王超;;近二維水下高速氣體射流動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[A];第九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第二十二屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)論文集[C];2009年

2 王超;郭強(qiáng);王曉剛;施紅輝;;近二維水下高速氣體射流動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

3 施紅輝;陳帥;董若凌;汪劍鋒;;水下超聲速氣體射流初期流場(chǎng)特性的實(shí)驗(yàn)研究[A];第十五屆全國(guó)激波與激波管學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2012年

4 賀小艷;馬漢東;;水下氣體射流數(shù)值研究[A];全國(guó)流體力學(xué)青年研討會(huì)論文集[C];2001年

5 賀小艷;馬漢東;紀(jì)楚群;;水下氣體射流初期數(shù)值研究[A];計(jì)算流體力學(xué)研究進(jìn)展——第十一屆全國(guó)計(jì)算流體力學(xué)會(huì)議論文集[C];2002年

6 施紅輝;王柏懿;戚隆溪;戴振卿;;水下超音速氣體射流[A];第七屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集（上冊(cè)）[C];2005年

7 姚琰;羅金玲;王柏懿;毛鴻羽;;水下高速氣體射流誘導(dǎo)脈動(dòng)壓力場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量[A];首屆全國(guó)航空航天領(lǐng)域中的力學(xué)問(wèn)題學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2004年

8 楊文俠;姜新杰;張世湘;高振江;;氣體射流沖擊烤鴨加工技術(shù)及抑制多環(huán)芳烴研究[A];2007年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

9 王強(qiáng);王雙峰;胡隆華;王綏德;;高原低氧低壓環(huán)境對(duì)氣體射流火焰影響的研究[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

10 王相昂;孫波;倪凱捷;鄔鳳林;;沖擊射流誘發(fā)簧片振動(dòng)數(shù)值模[A];第九屆全國(guó)流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 劉競(jìng)婷;水下氣體射流與氣泡流聲特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2018年

2 高振江;氣體射流沖擊顆粒物料干燥機(jī)理與參數(shù)試驗(yàn)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2000年

3 陸嘉;細(xì)水霧抑制熄滅氣體射流火焰的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

4 黃咸家;細(xì)水霧與氣體射流火焰相互作用的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 劉泛函;瓦鈕科夫爐熔池側(cè)吹強(qiáng)化攪拌過(guò)程數(shù)值模擬及混合效果評(píng)價(jià)方法研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳忠;蘋果片氣體射流沖擊干燥技術(shù)研究[D];陜西師范大學(xué);2017年

2 何岸;磨料氣體射流破煤巖噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];河南理工大學(xué);2017年

3 王畫;菠菜脈動(dòng)式氣體射流沖擊干燥動(dòng)力學(xué)及干燥品質(zhì)研究[D];石河子大學(xué);2018年

4 劉瑩;水下氣體射流及其對(duì)水中結(jié)構(gòu)的沖擊損傷特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2015年

5 孫靜;水下氣體射流技術(shù)的柱形與環(huán)形結(jié)構(gòu)仿真分析[D];太原理工大學(xué);2016年

6 李文峰;紫薯氣體射流沖擊干燥特性及對(duì)抗氧化成分的影響[D];陜西師范大學(xué);2014年

7 趙雪萌;苦杏仁氣體射流沖擊干燥技術(shù)研究[D];陜西師范大學(xué);2017年

8 張建;黨參氣體射流沖擊干燥技術(shù)研究[D];陜西師范大學(xué);2016年

9 李靜;氣體射流沖擊裝置控制技術(shù)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

10 黃迪;獼猴桃片氣體射流干燥及氣體射流聯(lián)合真空冷凍干燥的研究[D];陜西師范大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2738657