循环水槽被广泛用于进行船舶、海洋工程领域的水动力试验,现在越来越多的研究人员在其中进行实验,且工程上在大型循环水槽建造方面对设计参考资料的需求,需要对大型循环水槽进行优化设计方面的研究。大型循环水槽设计存在一些难点,其中核心部件推进叶轮的设计是一个难点,另一个难点就是针对于循环水槽的减振设计,特别是针对于大型循环水槽,振动更是需要着重考虑的一个问题。水槽半径和拐角发生改变会导致水槽内部流速和压力的变化,进而引起槽体振动,产生噪声,且循环水槽属于内流运动,噪声衰减率低。循环水槽多采用叶轮驱动水流,因此槽体产生稳态强迫振动的主要原因是叶轮转动引起的周期性激振力。当循环水槽空槽体的固有频率和螺旋桨激振力频率相等时还会引起共振。要研究循环水槽的振动,就涉及到了流固耦合问题,随着今年来计算流体力学和流固耦合理论方法的发展,已经可以实现双向流固耦合的计算。本文考虑了循环水槽壁面的弹性变形,建立了考虑循环水槽壁面和其内部流场双向流固耦合的数值计算方法,对循环水槽壁面的振动、槽内流场和叶轮水动力噪声的规律进行研究。本文首先用面元法完成循环水槽内部推进叶轮的优化,通过变参数分析来选取适合循环水槽的水动力性能良好的叶轮。然后在此基础上将面元法得到的叶轮数据点用UG软件进行建模,并用Hypermeh软件和Star-ccm+软件分块完成整个计算域的网格划分,再用Star-ccm+软件建立双向流固耦合数值计算方法,对叶轮的水动力性能和壁面区域的应力应变进行分析。建立数值模型时用k–ω SST分离涡模型进行流体区域的计算,用有限固体模型计算壁面区域的应力应变。数值计算结果表明:循环水槽壁面的振动主要是沿径向的振动,沿切向和沿轴向的振动都很小,径向挠度的变化周期与近壁面处流场压力一致,其周期主要受到叶轮叶数和转速的影响,径向挠度变化的周期存在大周期和小周期,大周期对应于叶轮的轴频,小周期对应于叶轮的叶频,当叶轮转速较大时还会比较明显地受到壁面固体区域固有频率的影响。