离心泵用扩张式水消声器研究

摘要

离心泵是水管路系统中一个重要的动力部件，而离心泵压力脉动引起的流动诱导噪声是水管路系统流噪声的重要组成部分。通过降低离心泵出口端的流动诱导噪声来达到对水管路系统噪声的控制。本文利用实验测量了离心泵出口端的压力脉动和流噪声，分析了离心泵内部压力脉动特性，利用扩张式水消声器控制离心泵出口管路里传播的流噪声，对绿色健康生活和军事国防具有一定的意义。本文的主要研究工作和成果有:
　　1.阐述了离心泵流动诱导噪声是由内部水流的非定常流动造成的，并简要介绍了其流噪声控制的国内外现状。
　　2.对不同工况下离心泵出口压力脉动和流动噪声进行试验测量，测量结果表明，叶片通过频率及其二次倍频处的噪声峰值最为明显，同时还发现空化时高频处的噪声峰值升高。
　　3.阐述了声传播基础理论和消声理论，用数值模拟的方法计算了不同结构的扩张式水消声器的声学性能，其结果表明:
　　(1)随着扩张比的增加，其传递损失也相应的增加;随着扩张腔长度的增加，其传递损失的周期变短;扩张式水消声器存在一个上下截止频率和周期性的通过频率。
　　(2)串联扩张腔和双出口管的水消声器在低频段噪声范围内取得了较差的消声效果，其中串联扩张腔的水消声器在中高频处的声学特性得到了大幅度提高;同时出口管偏置对水消声器在消声性能上没有影响。
　　(3)内插管水消声器相比于简单扩张式水消声器在声学特性上得到了较大的改善;随着内插管的厚度的增加，其消声峰值略微减小，对应的峰值频率略微的增大。
　　4.对不同结构的扩张式水消声器进行了流动特性的分析，结果表明:扩张式水消声器的压力损失随着扩张比的增加而增加，随着扩张腔长度的增加而增加;其中由扩张比引起的局部阻力损失是引起压力损失的主要原因。改变扩张腔截面形状和使出口管偏置对水消声器压力损失的影响均不明显。在水消声器扩张室两端插入内插管其压力损失得到明显提高。
　　5.对研究的内插管水消声器进行了生产加工，并对比分析了水消声器的传递损失和压力损失的试验测量值与模拟值，验证了数值模拟的准确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 离心泵流动诱导噪声研究现状

1．3 消声器理论及其研究现状

1．3．1 消声器理论知识及分类

1．3．2 消声器国内外研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第二章 离心泵管路压力脉动及噪声的实验研究

2．1 离心泵进出口噪声及压力脉动实验

2．2 数据采集系统

2．3 实验方法与步骤

2．4 正常状态下离心泵出口的信号分析

2．4．1 额定转速下不同流量点的压力脉动数据

2．4．2 额定流量下不同转速时的压力脉动数据

2．4．3 额定转速下不同流量点的流动诱导噪声数据

2．4．4 额定流量下不同转速时的流动诱导噪声数据

2．5 额定转速空化状态下离心泵出口噪声数据信号

2．5．1 不同流量下空化状态时的噪声信号

2．5．2 额定流量下空化状态与常规下各个频率段噪声的对比

2．6 本章总结

第三章 扩张式水消声器的声学仿真分析

3．1 消声器的声学性能指标

3．2 扩张式消声器的声学模型

3．2．1 一维平面波理论

3．2．2 消声量的计算

3．2．3 三维声学有限元法

3．3 不同结构参数下扩张式水消声器的声学计算结果及分析

3．3．1 不同扩张比对声学性能的影响

3．3．2 不同扩张腔长度对传递损失的影响

3．3．3 串联扩张腔与单一扩张腔对声学性能的影响

3．3．4 改变出口管道的位置对声学性能的影响

3．3．5 双出口对扩张式消声器的声学性能的影响

3．4 内插管水消声器的声学性能分析

3．4．1 进出口分别安插内插管进行对比

3．4．2 改变进出口内插管长度对消声器声学特性的影响

3．4．3 改变内插管的厚度对声学性能的研究

3．4．4 不同扩张比的内插管水消声器的声学性能的影响

3．5 本章小结

第四章 扩张式水消声器内流动性能的数值分析

4．1 水消声器的计算模型及理论

4．1．1 流体流动控制方程

4．1．2 扩张式水消声器的湍流数值模拟方法和数学模型

4．1．3 扩张式水消声器的流体数学模型及求解方法

4．2 水扩张式消声器内的压力损失

4．2．1 摩擦阻力损失

4．2．2 局部压力损失

4．3 不同形状与结构水消声器的流动性能的数值分析

4．3．1 不同扩张比下扩张式水消声器流动特性的对比

4．3．2 不同扩张腔长度下扩张式水消声器流动特性的对比

4．3．3 不同形状横截面扩张腔的水消声器内部流动特性的对比

4．3．4 出口管偏置对流动特性的影响

4．4 内插管水消声器内流动特性的研究

4．4．1 内插管水消声器与扩张式水消声器的流动特性对比

4．4．2 内插管水消声器在不同工况下的压力损失

4．5 本章小结

第五章 内插管水消声器的实验研究

5．1 试验测量

5．1．1 试验系统

5．1．2 测量方法

5．2 实验结果分析

5．2．1 水消声器正反安装下的传递损失

5．2．2 水消声器正反安装下的压力损失

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参与的科项目和发表的论文