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离心泵流动噪声数值仿真方法研究

黄俊雄  
【摘要】: 在日益严格的环保要求下,离心泵中的噪声问题受到越来越多的关注。在离心泵中,噪声包含两部分,一部分是由机械振动产生的机械噪声,另一部分是由流场产生的流动噪声。虽然有多种不同的方法可以显著减弱振动和降低噪声级,但是若仅着眼于噪声传播过程去研究将难以进一步降噪。离心泵中,由流场产生的流动噪声尤其重要。水动力噪声源的特征可以通过计算流体动力学方法得到,所以数值模拟可以为研究离心泵流动噪声产生机理和优化离心泵声学性能提供帮助。叶轮是离心泵中提供流体能量的部件,运转时引起流场的非定常流动和压力脉动。优化叶轮中的流动有利于从源头出发减弱流动噪声。本文的研究是在传统的叶轮优化设计过程中添加声学性能分析的一个环节。具体工作是基于商用软件FLUENT建立离心泵流动噪声数值仿真方法。分析泵内压力脉动的成因,提供改善声学性能的叶轮优化设计思路。工作取得了以下成果: 1建立了含有三个不同叶轮的离心泵的三维模型。根据离心泵内流动的实际情况,基于FLUENT确定了合适的粘性模型、边界条件和求解方法等计算条件,建立了利用大涡模拟求解离心泵三维非定常全流场流动的数值方法。 2依据在设计流量下的计算结果,分析泵内非定常压力脉动产生的原因。分析指出叶轮与蜗舌的相互作用是产生非定常压力脉动的主要原因。具体来说,叶片扫掠蜗舌时流道内的流体流动在空间上的不均匀导致压力在时间上的变化。 3提出叶轮优化思路,指出改变叶轮形式——如长短叶片结构可以有效抑制非定常压力脉动。将叶轮优化前后的流场数据进行比较,证实优化思路是正确可行的。 4提取三维非定常全流场流动数值计算的结果,借鉴声学类比法,建立快速对比叶轮声学性能的快速方法。 5计算并比较在非设计流量下各叶轮的声学性能,指出大流量工况下泵内压力脉动较小。此外,还指出在设计流量下优化的叶轮不一定在非设计工况下也有良好的声学性能。


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