離心泵內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)流動激勵特性研究.pdf

1、振動噪聲性能是離心泵重要的考核參數(shù)，在某些特殊領(lǐng)域（船舶、核電、潛艇）振動噪聲等級甚至是離心泵必須滿足的首要指標。離心泵內(nèi)部湍流場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多重尺度的渦結(jié)構(gòu)及宏觀的分離流動、尾跡、動/靜干涉等現(xiàn)象，多種非穩(wěn)態(tài)流場結(jié)構(gòu)的耦合作用導(dǎo)致流激機理極為復(fù)雜，流激響應(yīng)特性尚不明確。離心泵內(nèi)部復(fù)雜流動結(jié)構(gòu)是誘發(fā)水力激勵力的直接驅(qū)動源，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)流動結(jié)構(gòu)和水力激勵力之間的映射關(guān)系對初步完善低噪聲離心泵設(shè)計理論及發(fā)展振動噪聲能量的主動控制技術(shù)至關(guān)重要

2、。本文在國家自然科學(xué)基金“泵內(nèi)受迫湍流的渦動力學(xué)特征及其激勵機制”（51576090）、軍工委托項目及江蘇省研究生科研創(chuàng)新計劃（KYLX-1036）的資助下對離心泵內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)流動結(jié)構(gòu)的激勵特性展開研究，主要工作及創(chuàng)新性研究成果如下：
　　采用高精度數(shù)值計算手段對泵內(nèi)精細流場結(jié)構(gòu)進行捕捉，全面獲得了不同工況下模型泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)分布特性，提取了模型泵蝸殼壁面上的壓力脈動信號。從葉片尾跡渦演變機制角度出發(fā)剖析動靜干涉作用的形成機理，重點

3、研究了泵內(nèi)非穩(wěn)態(tài)渦結(jié)構(gòu)的分布、演變過程。詳細刻畫了葉片尾緣脫落渦及其和隔舌產(chǎn)生的撞擊、干涉、運動、變形、耗散的發(fā)展過程，構(gòu)建壓力脈動能量和渦結(jié)構(gòu)特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提出泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)的分布特性直接決定相應(yīng)位置處的壓力脈動頻譜能量。
　　系統(tǒng)地總結(jié)了離心泵過流部件參數(shù)對壓力脈動特性的影響，基于渦激響應(yīng)特性，從主動抑制葉片出口尾跡渦強度角度出發(fā)，通過數(shù)值計算手段探索了葉片出口形狀對離心泵性能、渦結(jié)構(gòu)強度及壓力脈動能量的影響規(guī)律，提出葉片工作面

4、修整可以達到7％左右葉頻幅值降的效果。
　　結(jié)合空化可視化、空化激勵振動特性，首次提出將離心泵內(nèi)部空化發(fā)展過程劃分為4個主要階段，分別為穩(wěn)定、附著的片狀空化；周期性脫落的云狀空化；可壓縮的泡狀空化；具有明顯汽/液分界面的空化形態(tài)。界定了各階段的空化數(shù)區(qū)間，并詳細分析了各個階段空化形態(tài)特征及其非穩(wěn)態(tài)發(fā)展、演變過程。
　　建立壓力脈動、振動試驗系統(tǒng)，全面分析了模型泵工況、測點位置對壓力脈動、振動頻譜特性的影響規(guī)律，構(gòu)建了頻譜中主

5、要峰值信號及不同頻段內(nèi)的RMS能量隨流量的響應(yīng)特性。結(jié)合離心泵內(nèi)部復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)，初步形成離心泵工況-流場結(jié)構(gòu)-水力激勵力的關(guān)聯(lián)特性。
　　分析空化對壓力脈動、振動頻譜的影響規(guī)律，描述壓力脈動、振動頻譜能量隨空化數(shù)降低的變化趨勢，提出該演變過程與離心泵內(nèi)部的空化形態(tài)直接相關(guān)。基于空化激勵振動特性，本文定義揚程下降1%點為振動臨界空化點，低頻段振動能量在該點附近達到極大值。由振動能量的變化特性可知：常規(guī)3%揚程臨界汽蝕點的空化判據(jù)略顯