空腔水动噪声预测：大涡模拟结合Lighthill等效声源法

"大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测 (2010年)，作者耿冬寒、刘正先，发表于《哈尔滨工程大学学报》第31卷第2期，通过大涡模拟与等效声源法结合，研究空腔产生的水动噪声，利用有限元/无限元法解决声场问题，对雷诺数为1.2×10^5的空腔噪声进行了频域分析，预测结果与已知文献相符，并揭示了噪声辐射特性的方向性差异。" 本文深入探讨了空腔水动噪声的研究，主要集中在大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）和Lighthill等效声源法的结合应用上。大涡模拟是一种计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法，专门用于模拟复杂流场中的大尺度涡旋运动，它能够捕捉非定常流动的细节，尤其适合处理湍流问题。在空腔水动噪声的预测中，大涡模拟被用来计算空腔内部和周围流场的结构，以获取精确的流动信息。 Lighthill的声类比方程是气动声学中的一个重要理论，它将流体动力学的波动方程与声学的波动方程联系起来，用于计算流体流动引起的声场。在此研究中，通过变分形式的Lighthill声类比方程，研究人员利用有限元/无限元法对声场进行了数值求解，这是一种高效的数值计算技术，可以有效地处理复杂的边界条件和非均匀网格。 论文中提到的实验案例是针对雷诺数为1.2×10^5的空腔。雷诺数是流体动力学中的一个重要参数，它描述了惯性力与粘性力之间的相对大小，此处的高雷诺数意味着流动更倾向于湍流。通过对这个特定雷诺数的空腔进行模拟，研究者能够观察到噪声辐射的频率特性。结果显示，基频值预测与已有文献结果相符，表明了所采用方法的可靠性。此外，研究还发现低频纯音的噪声辐射在远场具有明显的指向性，主要向空腔上游方向传播，而高频宽带噪声则没有明显的指向性，显示出更广泛的扩散特性。 这项工作不仅对理解和预测空腔水动噪声提供了有价值的见解，也为水下噪声控制和声学隐身技术提供了理论基础。通过这种混合方法，未来可能进一步优化空腔设计，减少噪声污染，特别是在海洋工程、船舶设计以及水下设备噪声控制等领域具有广泛的应用前景。