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水声传播现象的研究跨多个学科领域,其成果在诸多工程应用场景中有重要指导意义。随着高性能计算技术的快速发展,数值模拟方法已经成为一类重要的水声传播问题研究手段。而为了实现水声传播问题的并行模拟,仍需克服若干困难,包括数值模拟的技术路线选择与架构设计,并行数值模拟平台和相应的辅助分析工具的开发等。本文围绕以上问题对水声传播数值模拟的关键技术展开研究,主要工作内容和创新可以总结如下:1.基于有限体积法设计了水声传播问题的直接数值模拟架构。(第2章)本文基于有限体积法时域直接数值模拟技术路线,对水声传播模拟的问题构成、有限体积法数值模拟的关键技术展开深入分析,以此为基础对基于有限体积法水声传播直接数值模拟的计算复杂度,即可行性展开研究,并设计了该类水声传播直接数值模拟的平台总体架构。该架构结合了有限体积法的一般方法与水声传播问题的特殊需求,具有充分的实现可行性,为设计模拟平台提供了基础。2.基于Open FOAM设计实现了水声传播数值模拟平台。(第3章)在基于有限体积法水声传播直接数值模拟架构设计的基础上,本文基于面向领域的并行应用框架Open FOAM,结合水声问题数值求解的流程与特点,设计了基于Open FOAM的水声传播数值模拟平台总体结构;在给出平台模块组成与功能、相关关键技术详细描述的基础上,重点设计实现了基于领域专用语言的水声传播求解器和水声传播专有吸收边界条件。以美国声学学会理想楔形波导水声传播标准问题为测试用例,实验验证了所设计模拟平台、核心求解器及吸收边界条件的有效性。3.设计实现了内嵌于水声传播模拟平台的频谱分析工具。(第4章)针对水声问题重点以频谱分析为主的领域背景,首先基于传统后处理方法设计实现了水声传播数值模拟平台的频谱采样及分析基本功能。并以此为基础,进一步将后处理频谱分析功能内嵌于水声传播模拟平台数值计算过程的尾部,实现了包括样本数据组织、时域采样模块和时-频转换处理模块等的内嵌式频谱分析工具,以改进频谱分析的易用性和高效性。实验结果表明相关方法与工具构建正确,且其应用有效改进了模拟平台的频谱分析功能。