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申请/专利权人：哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地;哈尔滨工程大学

摘要：船载低频高压大容量气枪震源出气口设计方法和设备，属于海洋资源勘探技术领域，解决船载低频高压大容量气枪震源出气口设计问题。本发明的方法包括：气枪气泡精细化模拟，得到流场压力变化曲线；将近场压力外推，并通过傅里叶变换和声压级转换的方法，得到气枪远场声压级曲线；通过改变气枪出气口高度和出气口处半径的方式来调节出气口的面积，获取多组不同出气口设计条件下的计算结果，从中提取压力子波主脉冲正峰值、气泡脉冲、转角频率、气泡震荡周期以及初泡比等特征参数；根据预期性能进行评估，最终完成气枪震源出气口设计。本发明适用于新型船载低频高压大容量气枪震源出气口的设计。

主权项：1.一种船载低频高压大容量气枪震源出气口设计方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、建立气枪结构模型及设定初始流场环境参数，对气枪震源在水下激发后的放气过程进行数值模拟，输出气泡脉动过程中的气枪近场测点数据，获得气枪近场压力时历曲线；步骤2、采用步骤1中获得的气枪近场测点参数，叠加自由液面虚反射效应在测点产生的鬼波后外推远场测点压力，获得远场测点的压力子波时域数据；步骤3、基于步骤2得到的远场测点的压力子波时域数据，获得对应的声压级曲线；步骤4、控制气枪出气口半径R不变，设定不同出气口高度H的多组工况，重复步骤1到步骤3，获得不同出气口面积下的气枪近场压力时历曲线和声压级曲线，获得出气口高度H与主脉冲、气泡脉冲、转角频率、气泡震荡周期以及初泡比之间的关系曲线；步骤5、控制气枪出气口高度H不变，设定不同出气口半径R的多组工况，重复步骤1到步骤3，获得不同出气口面积下的气枪近场压力时历曲线和声压级曲线，获得出气口半径R与主脉冲、气泡脉冲、转角频率、气泡震荡周期以及初泡比之间的关系曲线；步骤6、根据步骤4和步骤5获取的关系曲线以及气枪震源的设计参数要求，完成气枪震源的出气口设计；步骤1中，所述气枪近场压力时历曲线为数值模拟过程中直接输出的数据，在数值模拟过程中计入重力和气枪结构对气泡产生的作用，此时输出的气枪近场压力时历曲线计入气枪气泡的非球状特征；步骤2，具体包括：气枪远场压力子波外推公式为 式中，p1为远场测点压力，ρ是水的密度，D是测点距离气枪出气口的距离，V是气泡体积；在远场压力测点上叠加虚反射，叠加时，直达波与反射波的时间差为 式中，L2是气枪震源压力波经过自由液面反射传播到测点的长度，L1是气枪震源压力波直达测点的长度，c是水中声速；对于单枪震源来说，测点处的压力为p＝p1t+p2t+Δt式中，p是远场测点的压力子波时域数据，p1是直达波在远场测点的压力值，p2是反射波在远场测点的压力值；步骤3，具体包括：基于步骤2得到的远场测点的压力子波时域数据进行傅里叶变换和声压级转换，获得对应的声压级曲线；步骤3，具体包括：步骤3.1、进行傅里叶变换，其中采样频率为： 式中，Δx是气枪远场压力子波数据采样点的时间间隔；步骤3.2、进行声压级变化： 式中，X是远场压力p经过傅里叶变换之后得到的数据集，p为远场测点的压力子波时域数据，D为远场测点与气泡中心的距离，pref为参考压力，Dref为参考距离，是近场测点到气枪出气口的距离。

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