基于射流噪声的喷嘴结构参数优化设计

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目录

摘要 (3)

1前言 (3)

1.1研究意义 (3)

1.2国内外研究现状 (4)

1.3课题研究思路 (4)

2水射流噪声理论分析 (7)

2.1 流体流动基本方程 (7)

2.2水射流湍流噪声 (8)

2.3水射流气蚀噪声 (10)

3喷嘴数值模拟 (12)

3.1风琴管喷嘴的物理模型 (12)

3.2风琴管喷嘴的Hypermesh三维网格有限元模型 (14)

3.3 Fluent流场计算中的边界条件设置及其说明 (19)

3.4 Fluent数值模拟结果分析 (21)

3.5 Actran的声场计算的边界条件设置及说明 (24)

3.6 Actran数值模拟结果分析 (27)

4喷嘴结构优化计算 (31)

3.1正交实验理论简介 (31)

3.2正交实验的设计 (31)

3.3.正交实验初始状态的频率-声压关系图 (33)

3.4 正交实验数据处理及其结论 (36)

5总结 (40)

参考文献 (41)

致谢 (42)

第1页共42 页基于射流噪声的喷嘴结构参数优化设计

学生：王声

指导老师：徐翔

三峡大学机械与动力学院

摘要:水中的声波具有能够远距离传递信息而能量损耗小的优点，人们利用声波这一特性来进行海洋探测，通讯以及水下目标定位，水声技术由此应运且并被广泛运用于船舶与海洋工程领域。而风琴管喷嘴射流流场中伴随着巨大噪声，研究其噪声产生的机理并通过水声技术将噪声转化稳定的声音信号用于海洋探测具有重要意义。

本文运用气动声学中Lighthill声比拟定理对风琴管喷嘴水下射流噪声进行了理论研究。应用Hypermesh对风琴管喷嘴进行三维网格划分，并通过Fluent软件与Actran软件分别对风琴管形喷嘴的流场和声场进行数值模拟，得出喷嘴速度，总压力，湍流动能以及声压与位置的关系分布图。说明了喷嘴具备产生空化的条件并且我们得到对声音强度影响最大的四个参数。然后应用正交实验理论来确定实验次数，从中选取最优参数组最终确定喷嘴的结构。

关键词:风琴管喷嘴；射流噪声；Lighthill声比拟理论；数值模拟；正交实验

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Abstract:The sound waves in the water has the advantages of conveying information over a long distance with low energy loss, of which the characters are applied to ocean exploration, communication and localization of underwater object, thus leading to the birth of underwater acoustic technology which is widely employed in the field of Naval Architecture and Ocean Engineering. The jet flow field of organ-pipe nozzle has large noise, it is of great significance to study the mechanism of noise generation and convert noise into stable acoustical signal by underwater acoustic technology to use for ocean exploration.

In This paper ,the Lighthill Acoustic analogy theorem is applied to study the jet noise of organ-pipe nozzle underwater. Hypermesh is used to give dimensional griding of the work piece to the organ-pipe nozzle, and the distribution diagram of jet velocity, total pressure, turbulence kinetic energy and the relationship between the sound pressure and position are obtained through the numerical simulation of Fluent software and Actran software respectively on flow field and acoustic field of organ-pipe nozzle. Which illustrate that the nozzle have condition of generating cavitation and we get four parameters having great influence on the intensity of the sound. Then the theory of orthogonal experiment is used to determine the number of experiments and choose the optimal parameter eventually determine the structure of the nozzle.

Keywords:Organ-pipe nozzle, Jet noise, Lighthill Acoustic analogy theorem, numerical simulation, orthogonal experiment