[发明专利]一种叶片泵空化诱导噪声数值预测方法

说明书

本发明公开了一种叶片泵空化诱导噪声数值预测方法，本发明提供一种在试验的基础上进行叶片泵空化诱导噪声数值预测方法，该方法不但可以对叶片泵空化条件下空泡体积脉动产生的单极子噪声进行预测，还可以预测除单极子噪声以外的流动诱导噪声。本发明高精度的非定常空化数值计算可以为后续的声学计算提供准确的声源信息，以提高声学数值预测的准确度，将预测结果应用于叶片泵低噪声水力设计可以减少试验次数、缩短研发周期、节约开发成本，从而提高低噪声叶片泵设计的效率；另一方面可以深入揭示空化非定常流动过程中叶片泵内部涡结构的时空演化特征以及涡与空化的耦合机理，为叶片泵前期设计或后期优化提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及一种数值预测方法，具体涉及一种可以对叶片泵空化条件下空泡体积脉动产生的单极子噪声进行预测的叶片泵空化诱导噪声数值预测方法。

背景技术

叶片泵广泛应用于国民经济的各个部门，在国防、航天、能源、船舶、家用等流体输送领域均扮演重要角色，作用相当于人的心脏，是关系国计民生和国家安全的战略装备。空化广泛存在于叶片泵的工程实际运行中，尤其是舰船、潜艇等军用领域的叶片泵，发生空化后空泡溃灭和空泡体积变化均会释放声能，而水中兵器向着高精度、远距离打击特点的不断发展，舰船、潜艇等目标航行体的叶片泵空化诱导噪声使得其暴露和被命中的概率大为增加，严重影响其生存能力和作战效能，因此叶片泵空化流动诱导的噪声问题不容小视。当前叶片泵非空化条件下的流动诱导噪声数值模拟技术已取得长足的发展，但叶片泵空化流动诱导噪声的研究主要基于理论研究和试验研究，现有的空化诱导噪声数值模拟方法未考虑空泡体积脉动产生的单极子声源，因此导致数值计算精度不高。对研究叶片泵空化流动诱导噪声机理具有重要学术价值和工程意义，因此构建一种叶片泵空化流动诱导噪声数值预测方法是迫切需要解决的实际问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可以对叶片泵空化条件下空泡体积脉动产生的单极子噪声进行预测的叶片泵空化诱导噪声数值预测方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种叶片泵空化诱导噪声数值预测方法，该方法在试验的基础上数值计算叶片泵空化诱导噪声，基于大涡模拟(LES-Large Eddy Simulation)和ZGB(Zwart-Gerber-Belamri外国人的名字)空化模型，求解叶片泵空化流动诱导噪声，所述叶片泵空化诱导噪声数值预测方法包括如下步骤：

第一步：进行模型泵非空化工况外特性试验和空化工况外特性试验；

第二步：建立叶片泵水体三维模型并进行结构化网格划分，进行非空化定常、空化定常和空化非定常数值计算，并与试验结果对比；

第三步：基于球形空泡辐射理论，在进行空泡体积脉动产生的噪声数值计算时，基于数据处理软件对最后10个旋转周期内的空泡体积根据公式(1)进行数据处理，从而得到空泡体积脉动产生的单极子噪声的时域声压和频域声压，公式(1)的表达式如下；

第四步：在计算流体动力学的结果中导出流场信息作为声学有限元计算的声源信息，划分叶片泵声学计算域的声学网格，为了保证声学有限元计算的精度，声学网格的最大尺寸应小于最大计算频率所对应波长的1/6，即:L_maxc/6f_max，式中L_max表示声学网格的最大尺寸，c表示声速，f_max为声学计算最大频率，采用计算声学的方法创建声学分析模型，设置边界条件，体声源信息以.nff格式的保存为结果文件，利用iCFD功能提取声源的时域信息，对时域信息进行快速傅里叶变换，接着将保存的iCFD文件执行计算；

第五步：在前处理中设置场点及声压云图的输出，保存.edat格式的频域文件，借助求解器执行声传播计算；

第六步：在后处理中分别查看声压级和声源云图分布以及监测点的声压级频谱曲线。

在本发明的具体实施例子中，第二步的具体步骤包括：