非等距静叶栅对导叶式离心泵流致噪声特性的影响

摘要

借鉴风机非等距叶栅降噪方法，依据正弦非等距分布规律设计出 6种静叶栅方案离心泵。基于RNG k-ε湍流模型和声学边界元及有限元方法，着重分析非等距静叶栅对离心泵水力特性、声场特性的影响，探究非等距叶栅影响流致噪声的内流机理，以期为离心泵低噪声水力设计和流致噪声控制提供参考。 引入静叶栅不均匀系数CS，通过扬程变化系数 CH、效率变化系数 Cη和功率变化系数 CP 表征外特性参数对非等距静叶栅的敏感度，选取扩压元件静压回收系数 CHR和能量损失系数 CHL衡量其能量指标，进而分析其对叶轮径向力和轴向力的影响。通过模态分析获得叶轮和泵体固有频率及共振危险频率段，用直接边界元方法计算流道内壁面偶极子源引起的泵内声场特性，借助声学有限元与自动匹配声辐射边界结合的方法，解析轴频处声压级规律及其指向性分布，并用声压级均方根值表征其噪声性能。分别从叶片表面声压和压力分布关系、叶轮和导叶区域射流-尾迹结构及其旋涡分布三个角度分析与流致噪声的内在联系。 研究表明，适宜的非等距静叶栅分布可改善导叶式离心泵的水力和空化性能，优化叶轮径向力分布，但水力性能的改善是以增加外界能量输入为代价的。泵体机械振动噪声和流致噪声共振的可能性小，轴频的2阶谐频接近共振危险频率。内声场频率响应曲线轴频处的声压级对 CS值不敏感，外场声压级随 CS值的增大而先减小后增大，各方案导叶式离心泵流致噪声存在最优值。叶片压力面偶极子源声压和压力成正相关关系，而叶片吸力面两者的关联性较差。叶轮出口附近动静干涉作用引起叶片吸力面附近边界层变化，影响导叶和叶轮出口速度的紊乱程度，是引起外场的指向性曲线发生偏转，内声场曲线中局部峰值错开轴频谐频的重要原因。以涡量的模为涡的判据能够准确地反映流道内的旋涡分布规律，涡量较大的区域集中在叶片、导叶进口和动静干涉显著的叶轮出口附近，涡量弯扭项和拉压项对涡量变化率的双向作用，是影响辐射偶极子声波的重要因素。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源和名称

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4主要研究内容

第2章 非等距叶栅内流致噪声计算相关理论及方法

2.1流动控制方程及湍流模型

2.2声学控制方程

2.3非等距叶栅降噪原理

2.4噪声评价方法

2.5本章小结

第3章 非等距静叶栅对导叶式离心泵水力特性的影响

3.1计算模型及计算方法

3.2导叶式离心泵外特性对非等距静叶栅的敏感度分析

3.3非等距静叶栅对离心泵能量特性的影响

3.4非等距静叶栅对导叶式离心泵力学特性的影响

3.5本章小结

第4章 非等距静叶栅对导叶式离心泵声场特性的影响

4.1导叶式离心泵结构模态分析

4.2非等距静叶栅对导叶式离心泵内声场特性的影响

4.3非等距静叶栅对导叶式离心泵外声场特性的影响

4.4本章小结

第5章 非等距静叶栅降低流致噪声的内流机理分析

5.1叶片表面声压分布和压力分布关系分析

5.2叶轮和导叶区域射流-尾迹流动分析

5.3导叶和叶轮区域的旋涡分布

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文