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1、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年
2、解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目 录摘要 .11 前言 .31.1 研究意义 .31.2 国内外研究现状 .41.3 课题研究思路 .42 水射流噪声理论分析 .72.1 流体流动基本方程 .72.2 水射流湍流噪声 .82.3 水射流气蚀噪声 .103 喷嘴数值模拟 .123.1 风琴管喷嘴的物理模型 .123.2 风琴管喷嘴的 Hypermesh 三维网格有限元模型 .143.3 Fluent 流场计算中的边界条件设置及其说明 .193.4 Fluent 数值模拟结果分析 .213.5 Actran 的声场计
3、算的边界条件设置及说明 .243.6 Actran 数值模拟结果分析 .274 喷嘴结构优化计算 .313.1 正交实验理论简介 .313.2 正交实验的设计 .313.3.正交实验初始状态的频率-声压关系图 .333.4 正交实验数据处理及其结论 .365 总结 .40参考文献 .41致谢 .42第 0 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
4、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
5、值模拟；正交实验第 1 页 共 42 页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 acou
6、stic 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 te
7、chnology 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
8、 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 o
9、f 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 nozzl
10、e, Jet noise, Lighthill Acoustic analogy theorem, numerical simulation, orthogonal experiment第 2 页 共 42 页1 前言随着人们对水射流理论研究的成熟，水射流技术已经被广泛应用于生活实际中，例如煤矿开采和钻井石油开采。水射流技术的原理是在一定的温度时，当大气压力低于水的该温度下的饱和蒸汽压力就会产生局部空化，产生大量的气泡同时伴随着产生的气泡的溃灭，进而对固体表面产生巨大的冲击力进而完成对石油或是煤矿的开采。但是在喷嘴射流的同时又会伴随着很大的射流噪声，这一弊端就给实际应用带来很大的麻烦，例如舰船
11、上所采用的喷水推进技术中关键问题之一在于喷水噪声过来，容易被敌方所侦察到。但是从反的方面去想，如果我们能够用信号处理技术将产生的噪声转化为稳定的声源信号并将其应用于海洋地质勘探或者是军事噪声信号对抗中，就能够变废为宝。本文所研究的课题就是在给定的原始参数的基础上设计出射流噪声最大的喷嘴，即在选定喷嘴类型的同时通过修改各参数选出最优的参数组使得喷嘴的射流噪声最大。1.1 研究意义众所周知，声波在现代的船舶与海洋工程有着广泛的应用，水声波作为一种机械波不仅有着传播速度快的特点，即每秒 1500 米；而且相对于其他形式的波（如电磁波和光波）在海洋中传播的过程不易被海水吸收因而有着能量损失小的优势，根据一项数据表明，频率为 10 赫兹的声波在海水中传播时每公里的损失仅为 1 分贝，而同频率的电磁波在海水的传播过程中每公里的损失高达 4500 分贝，相比而言，在海洋探测的领域中，声波是一种最为理想的介质波。海洋对于人类而言是一个巨大的宝盆，因此对于海洋的深入研究是很有必要的，而在研究的过程中声波是最好的工具，特别是随着近代以来人们对海洋探测的深入，人们越来越受到重视与水下探测相关的技术，其技术可应用于如海洋深度探测，军事扫雷，鱼群探测
