В Институте прикладной физики РАН решена проблема обеспечения достоверного прогнозирования гидродинамического шума, возникающего при движении тел в жидкости. Её актуальность обусловлена повышением интенсивности судоходства и необходимостью защиты морской фауны от соответствующего шумового загрязнения. В связи с этим весьма важным является достоверное предсказание акустических характеристик судов на стадиях проектирования и строительства.
Турбулентное обтекание неоднородности потоком жидкости. Источник фото: ИПФ РАН
Распределение давления на поверхности гребного винта. Источник фото: ИПФ РАН
Найденное коллективом отдела акустического проектирования ИПФ РАН решение задачи численного моделирования гидродинамического шума базируется на развитии гибридного подхода, при котором проблема разделяется на две части: гидродинамическую и акустическую. Решение гидродинамической части задачи, обеспечивающей определение источников звука, является наиболее ресурсоемким, поскольку требует интегрирования нелинейных уравнений Навье–Стокса, описывающих движение вязкой жидкости. Традиционно данная сложность обходится за счет использования суперкомпьютерного моделирования с применением стандартных методов вычислительной гидродинамики. При этом даже на современных вычислительных кластерах решение обозначенных задач может потребовать нескольких месяцев или даже лет.
Данные трудности удалось преодолеть благодаря адаптации энергетических методов «синтетической турбулентности» к области вычислительной акустики. Такой подход позволяет определять искомые характеристики излучения звука с погрешностью не более 3дБ без прямого численного решения уравнений гидродинамики. С использованием созданных вычислительных технологий показана превалирующая роль упругих резонансных колебаний в формировании гидродинамического шума.
Разработанные методы численного моделирования легли в основу уникального программного обеспечения «САТЕС 2.0», которое по результатам успешной апробации было внедрено на предприятиях Объединенной судостроительной корпорации и Госкорпорации «Росатом». В результате апробации вычислительной технологии получил подтверждение предложенный ИПФ РАН способ снижения кромочного шума гребных винтов, что в будущем позволит существенно снизить шумность современных судовых движителей.
Публикации:
1. А.С. Суворов, Е.М. Соков, А.Л. Вировлянский, В.О. Еремеев, Н.В. Балакирева. Метод конечно-элементного моделирования гидродинамического шума, возникающего при обтекании упругих тел. Акустический журнал, 2023, том 69, №6, с.1-9.
2. Suvorov A., Sevriukov O., Sokov E., Salin M., Zaitseva S. and Sharagina V. (2023) Software for Acoustic Design. Journal of Applied Mathematics and Physics, 11, 2515-2522.
3. А.С. Суворов, Е.М. Соков, Вьюшкина И.А., Севрюков О.Ф. и др. «САТЕС ДК (САТЕС-2.0)», свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022663702 от 19.07.2022.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН
Источник фото: ИПФ РАН