基于格子Boltzmann方法的潜艇水动力噪声预报研究

As a mesoscopic method, the lattice Boltzmann method(LBM) is suitable for simulating incompressible and slightly compressible flows at low Mach numbers. Because of its high efficiency, easy implementation for complex boundaries, natural parallelism, low diffusion and dissipativity, LBM can serve as a promising tool for the prediction of the hydrodynamic acoustics of submarines. Therefore, this study focuses on the development of an efficient method for predicting hydrodynamic acoustics on the basis of LBM, including the direct and mixed simulation of hydrodynamic acoustics, the treatment of boundary conditions, the test of typical cases, by studying the influence of the geometric structures of submarines，parameter of pump propeller, water characteristics on acoustic levels, the mechanism of the creation of hydrodynamic acoustics. Further preparations for the acoustic prediction softwares with self-owned intellectual property rights will also be made.

格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)作为一种典型的介观方法，特别适合模拟低Mach数微可压流动。与传统方法相比，LBM还具有诸如计算效率高、易于处理复杂动态边界条件、编程实现简单、具有完全并行性等许多独特优势。同时，该方法还是一种具有较低的数值弥散以及耗散的计算方法。因此，基于格子Boltzmann方法的噪声预报方法具备成为针对潜艇水动力噪声预报的高效方法的巨大潜力。本课题拟以格子Boltzmann方法作为基本手段, 构建可直接模拟水动力噪声的LB模型，混合模拟水动力噪声的LB模型以及LB流噪声模拟中的边界条件处理格式；经过典型算例验证计算；用以研究潜艇的几何结构、推进器参数、水的物性参数对噪声级的影响规律；探讨潜艇水动力噪声的产生机理；发展基于格子Boltzmann方法的高效的潜艇水动力噪声预报方法；开发自主知识产权的噪声预报软件。

格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)作为一种典型的介观方法，特别适合模拟低Mach数微可压流动。与传统方法相比，LBM还具有诸如计算效率高、易于处理复杂动态边界条件、编程实现简单、具有完全并行性等许多独特优势。同时，该方法还是一种具有较低的数值弥散以及耗散的计算方法。因此，基于格子Boltzmann方法的噪声预报方法具备成为针对潜艇水动力噪声预报的高效方法的巨大潜力。本课题拟以格子Boltzmann方法作为基本手段, 构建可直接模拟水动力噪声的LB模型，混合模拟水动力噪声的LB模型以及LB流噪声模拟中的边界条件处理格式；经过典型算例验证计算；用以研究潜艇的几何结构、推进器参数、水的物性参数对噪声级的影响规律；探讨潜艇水动力噪声的产生机理；发展基于格子Boltzmann方法的高效的潜艇水动力噪声预报方法；开发自主知识产权的噪声预报软件。. 项目经研究，按预期研究思路整体实现了研究目标。其中LB模型研究方面的内容取得的成果创新性最强，发表了6篇SCI论文；由本组首次提出了几种计算流场、声场的LB模型边界处理方法，得到了很好的计算效果。并用于实际工程中流场、声场的估算，与理论分析结果一致。在潜艇声学估算方面取得了一系列工程可用的成果，并在某潜艇上得到应用；. 实验方面制作了几套泵喷系统，并测量了推力、扭矩、效率曲线，同时测试了噪声效果，对目前的推进噪声水平有一定的改进。且为泵喷实验设计探索出缩尺实验的方法、步骤以及操作规范。