有動力發(fā)射方式以其出水速度大、機動能力強、寬發(fā)射深度等優(yōu)點,成為各類潛射導彈發(fā)射方式的發(fā)展方向。發(fā)射過程中形成的水下氣體射流涉及到氣液兩相之間的相互作用,復雜的激波結構及激波運動,頻帶寬、聲壓大的排氣噪聲。水下燃氣射流在試驗研究、理論研究和數(shù)值仿真研究方面都具有很高的學術價值。為了研究水下燃氣射流流動過程、壓力特性和噪聲特性,本文建立了水下超音速燃氣射流流場的數(shù)學模型。運用VOF方法追蹤氣-液兩相流的相界面遷移過程,并針對射流的高雷諾數(shù)特點,選用標準k-?湍流模型對雷諾平均Navier-Stokes方程進行封閉。仿真使用試驗條件作為邊界條件,得到了射流的四個典型流動過程、射流場靜壓脈動強度分布、噴管出口壓強特性,驗證了試驗的可行性與合理性;通過分析射流壓力波峰值的衰減特性,證明本文所設計的試驗結構是合理的。利用FW-H噪聲預報模型,對水下超聲速燃氣射流的噪聲進行了模擬計算。計算結果表明:尾流場聲壓將出現(xiàn)周期性脈沖,且聲壓峰值隨著接收點距離的增加而快速衰減;水下超音速氣體射流的噪聲是一種寬頻噪聲,噪聲聲壓級隨著頻率的增加而衰減;水下超音速氣體射流噪聲聲壓級峰值隨著接收點距離的增加而快速衰減;噪聲聲壓級峰值隨著水深的增加而減小,隨著總溫的增加而增加。在仿真結果證明試驗系統(tǒng)的可行性后,本文完成了水下超聲速燃氣射流試驗研究系統(tǒng)設計,包括試驗水箱結構設計、噴管組件設計、測試系統(tǒng)設計、供氣系統(tǒng)設計以及攝影系統(tǒng)設計。
【學位單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TJ760.6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 論文研究的背景及意義
    1.2 國內外的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 水下超聲速氣體射流過程的研究
        1.2.2 水下超聲速氣體射流噪聲的研究
    1.3 本文主要研究內容
第2章 水下超音速氣體射流的數(shù)值計算模型及求解方法
    2.1 物理模型
    2.2 計算方法
        2.2.1 離散化方法
        2.2.2 離散格式
        2.2.3 流場計算方法
    2.3 數(shù)學模型
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 湍流的近壁處理
        2.3.4 多相流模型
    2.4 計算模型
        2.4.1 入口邊界
        2.4.2 出口邊界
        2.4.3 壁面邊界
        2.4.4 網(wǎng)格劃分
    2.5 數(shù)值穩(wěn)定條件及收斂條件
        2.5.1 穩(wěn)定條件
        2.5.2 收斂條件
    2.6 本章小結
第3章 流場仿真及結果分析
    3.1 仿真模型
    3.2 計算條件
    3.3 數(shù)值模擬結果及分析
        3.3.1 流場結構分析
        3.3.2 尾流場靜壓的壓強脈動強度
        3.3.3 尾流場靜壓的頻譜分析
        3.3.4 噴管出口壓強和馬赫數(shù)
    3.4 試驗裝置結構合理性驗證
    3.5 本章小結
第4章 噪聲預測及結果分析
    4.1 引言
    4.2 FW-H模型
    4.3 噪聲仿真結果及分析
        4.3.1 水下超音速氣體射流噪聲聲壓曲線
        4.3.2 水下射流的噪聲聲壓級趨勢
        4.3.3 不同工作條件的聲壓趨勢
    4.4 本章小結
第5章 試驗系統(tǒng)設計
    5.1 引言
    5.2 試驗系統(tǒng)示意圖
    5.3 試驗水箱結構設計
        5.3.1 設計參數(shù)的確定
        5.3.2 容器壁厚的計算
        5.3.3 容器封頭的設計
        5.3.4 試驗水箱附件設計
        5.3.5 試驗水箱結構
    5.4 噴管組件設計
    5.5 測試系統(tǒng)設計
    5.6 供氣系統(tǒng)
    5.7 高速攝影系統(tǒng)
    5.8 本章小結
總結與展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝

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