В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова 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.

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 ресурсоёмким, поскольку требует интегрирования нелинейных уравнений Навье–Стокса, описывающих движение вязкой жидкости. Традиционно данная сложность обходится за счёт 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.

Турбулентное обтекание неоднородности потоком жидкости

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 3 дБ без прямого численного решения уравнений гидродинамики. С использованием созданных вычислительных технологий показана превалирующая роль упругих резонансных колебаний в формировании гидродинамического шума.

Распределение давления на поверхности гребного винта

Разработанные методы численного моделирования легли в основу уникального программного обеспечения «САТЕС 2.0», которое по результатам успешной апробации было внедрено на предприятиях Объединённой 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.

Результаты опубликованы в «Акустическом журнале» и Journal of Applied Mathematics and Physics.

Источник: ИПФ РАН.