【摘要】：無論軍事還是民用上,對水下聲源的要求越來越高,尤其是目前的低頻聲源體積龐大,適應(yīng)性差。而水下等離子體放電過程中,產(chǎn)生低頻的聲波,可以用來設(shè)計(jì)新型的水下聲源。但放電發(fā)生時(shí)間短,產(chǎn)生的沖擊波壓強(qiáng)大,實(shí)驗(yàn)難度大,且屬于非線性問題,理論解析進(jìn)展慢。本文從數(shù)值模擬的角度對水下等離子體放電產(chǎn)生的沖擊波與聲波進(jìn)行了分析和研究,具有一定的工程意義。本文首先分析了放電過程中流光絲的產(chǎn)生與演變,推測了沖擊波產(chǎn)生的原因,然后給出了本文數(shù)值模擬的計(jì)算方法,即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)和計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)(Computational Aero Acoustics,CAA)混合方法。這種方法將流場和聲場解耦,保證精度的同時(shí)降低了計(jì)算量。本文利用CFD方法,結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)了放電過程中一條流光絲的運(yùn)動(dòng)。首先分別模擬了流光絲直線運(yùn)動(dòng)和間歇性直線運(yùn)動(dòng)的情況,結(jié)果與實(shí)驗(yàn)照片中的現(xiàn)象不符合,認(rèn)為實(shí)際流光絲演變不是上述兩種情況。隨后,分析了上述情況的問題所在,重新設(shè)置了流光絲運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并分別模擬了流光絲上一個(gè)和五個(gè)沖擊波點(diǎn)的情況,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)比較符合,說明本文使用的數(shù)值計(jì)算方法適用于分析水下正極脈沖放電現(xiàn)象。本文建立的模型可以描述流光絲的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),能夠幫助分析沖擊波的產(chǎn)生與演變,為建立放電參數(shù)與沖擊波的關(guān)系提供幫助。本文通過CAA方法,利用CFD計(jì)算結(jié)果,設(shè)置合理的積分面后,通過FW-H方程得到了目標(biāo)點(diǎn)的聲壓信息,并通過快速傅里葉變換(fast Fourier transform,FFT)得到頻域信息。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,水下正極脈沖流光絲放電的沖擊波聲場具有低頻能量高,高指向性的特點(diǎn),適合作為新型的水下聲源。同時(shí)說明,利用CFD和CAA混合的方法,來分析水下等離子體放電的物理現(xiàn)象是可行的。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB56

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本文編號：2804698