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精选文章 | 旋成体湍流噪声的壁面模化大涡模拟

已有 1614 次阅读 2022-11-9 16:30 |个人分类:期刊精选|系统分类:博客资讯

期刊:Journal of Hydrodynamics

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引用格式:Zhou, Z., Xu, Z., Wang, S. et al. Wall-modeled large-eddy simulation of noise generated by turbulence around an appended axisymmetric body of revolution. J Hydrodyn 34, 533–554 (2022).  

限时免费阅读原文:doi.org/10.1007/s42241-022-0062-z


文章导读:

大涡模拟是新一代计算流体力学软件的核心工具,有望应用于工程湍流非定常特征和水动力噪声研究。但是,大涡模拟所需的网格量约正比于雷诺数的平方,是其用于复杂几何边界高雷诺数工程湍流的重要困难。壁面模化大涡模拟通过引入近壁流动模型避免完全解析近壁流动,是突破高雷诺数壁湍流大涡模拟困难的一种途径。现有的近壁流动模型主要用于槽道湍流等标准算例的研究,还很少应用到实际工程模型当中。本文借助非平衡型近壁流动模型,结合Ffowcs Williams与Hawkings声比拟理论,实现了全附体SUBOFF标模湍流噪声的壁面模化大涡模拟。

本文考查了壁面模化大涡模拟预测潜航器非定常涡结构、壁面压力系数、脉动压力等与流动和噪声密切相关量的能力,得到了正确的压力系数沿艇体分布规律和脉动压力的频谱特征,发现非平衡型模型能够反映艇体曲率变化以及附体对流场的影响;考查了艇体横截面的远场噪声偶极子指向性,发现该指向性区别于经典的圆柱绕流辐射噪声指向性。定量的分析表明,该指向性来自于侧向力与升力偶极子的相消干涉与相长干涉。本文的结果表明壁面模化大涡模拟可以预测流场中的非定常流动特征和远场噪声指向性的机理,是研究潜航器湍流脉动量和声场的可能途径。


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 图1. 潜航器附近的瞬时流场结构

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图2. 艇体横截面的瞬时声场


通讯作者简介:

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何国威,中国科学院力学研究所学术所长、学术委员会主任,中国科学院院士、研究员。长期从事湍流和计算流体力学的研究,提出的湍流时空关联的EA模型和大涡模拟的时空关联方法,被美国物理学会评价为对理解湍流的时空关联和发展时间精准的湍流模型做出了基本(fundamental)贡献。主要学术成果发表在《Annu. Rev. Fluid Mech.》,《J. Fluid Mech.》,《Phys. Rev. Fluids》,《J. Comput. Phys.》,《Phys. Rev. Lett.》等期刊上。曾获国家杰出青年科学基金,现任美国物理学会《Phys. Rev. Fluids》杂志副主编,中国力学学会《Acta Mech. Sin.》副主编,中国力学学会期刊《Theor. Appl. Mech. Lett.》主编。

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王士召,中国科学院力学研究所研究员。主要从事湍流与计算流体力学研究,相应工作发表于《J. Fluid Mech.》,《J. Comput. Phys.》,《AIAA J.》等流体力学重要期刊。主持国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、国家数值风洞工程基础研究重点课题等,任《Acta Mech. Sin.》和《力学进展》青年编委,中国力学学会湍流与流动稳定性专业组成员,中国工业与应用数学学会数学力学专业委员会委员,中国空气动力学会计算空气动力学委员会委员。


第一作者简介:

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周志腾,中国科学院力学研究所在读博士研究生。周志腾于2018年进入中国科学院力学研究所攻读博士学位,从事湍流噪声领域相关的科研工作,曾针对四极子声源穿出FW-H积分面导致的虚假噪声问题,利用格林函数的渐近展开,提出了一种四极子噪声修正模型。该模型克服了传统模型在部分马赫数下计算结果发散的问题,并成功应用在钝体绕流的远场噪声计算当中。相关成果已发表于《AIAA J.》,《Theor. App. Mech. Lett.》等期刊。

第二作者简介:

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许昭越,中国科学院力学研究所在读博士研究生。2018年毕业于西北工业的航空学院后加入力学所非线性国家重点实验室攻读博士学位,从事计算流体力学相关研究。主要工作内容有:复杂边界的近壁速度重构、数据驱动量纲分析。已在《J. Comput. Phys.》,《Phys. Fluids》等流体力学期刊上发表学术论文5篇。担任《Phys. Fluids》,《Acta Mech. Sin.》期刊的审稿人。


期刊简介:

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点击期刊封面了解详情

Journal of Hydrodynamics致力于发表与水动力学学科相关的原创理论、计算和实验研究。内容涵盖船舶和海洋工程、环境工程、水利工程、能源勘探、化学工程、生物与生物医学工程等方面。



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