管道泵及其出口直管流動(dòng)噪聲的數(shù)值模擬研究.pdf

1、管道泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，安裝維修方便等特點(diǎn)，在船舶運(yùn)輸、城鄉(xiāng)給排水以及石油化工等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文以浙江某企業(yè)LPP100-390型立式管道泵為研究對(duì)象，基于計(jì)算流體力學(xué)、Lighthill聲比擬理論和模態(tài)分析等理論，對(duì)管道泵的內(nèi)部流動(dòng)和出口直管的聲-固耦合進(jìn)行求解和分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容有：
　　1.采用數(shù)值模擬軟件ANSYS-CFD對(duì)管道泵不同流量的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析了泵內(nèi)部壓力場(chǎng)分布和渦量分布。同時(shí)

2、，將外特性模擬結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩者基本吻合，從而證明了數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性與可靠性。
　　2.在定常數(shù)值模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)管道泵進(jìn)行非定常數(shù)值模擬計(jì)算，分析泵內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)情況，并利用聲學(xué)軟件LMS Virtual. Lab中的Acoustic模塊對(duì)蝸殼內(nèi)聲場(chǎng)的分布情況進(jìn)行研究。結(jié)果表明：壓力脈動(dòng)峰值主要集中在葉頻及其倍頻處；由于葉輪與蝸殼隔舌動(dòng)靜干涉作用，隔舌附近處的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象最為明顯；從葉輪進(jìn)口至出口位

3、置，聲壓貢獻(xiàn)逐漸變大；蝸殼出口和隔舌附近的聲壓級(jí)較高，聲壓級(jí)隨著頻率的增加而降低，在葉頻時(shí)聲壓級(jí)達(dá)到最大值。
　　3.利用數(shù)值模擬軟件Workbench對(duì)管道泵出口直管進(jìn)行模態(tài)分析，同時(shí)分析了其模態(tài)振型和固有頻率，結(jié)果表明：出口直管的低階固有頻率與流體的壓力脈動(dòng)頻率接近，容易發(fā)生共振，需要加以防范。
　　4.對(duì)管道泵出口直管內(nèi)液柱聲模態(tài)的固有頻率進(jìn)行理論計(jì)算，并繪制出相應(yīng)的聲模態(tài)示意圖。再利用聲學(xué)軟件LMS Virtual.

4、 Lab對(duì)液柱進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果顯示：聲學(xué)模態(tài)的理論計(jì)算頻率和模擬頻率近似相等，聲模態(tài)分布圖也保持一致，表明數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；聲學(xué)模態(tài)的固有頻率和流體壓力脈動(dòng)的頻率不在發(fā)生共振的范圍內(nèi)，故可以不考慮聲學(xué)共鳴的情況。
　　5.在結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲學(xué)模態(tài)的基礎(chǔ)上，利用LMS Virtual. Lab軟件對(duì)出口直管和液柱進(jìn)行聲-固耦合分析，并對(duì)比分析耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲學(xué)模態(tài)的影響。同時(shí)基于聲波導(dǎo)管理論，計(jì)算管道內(nèi)聲波的傳播情況。結(jié)

5、果表明：聲-固耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)和聲學(xué)模態(tài)分布趨勢(shì)的影響不大；聲-固耦合作用對(duì)模態(tài)的固有頻率和振幅都產(chǎn)生了影響；不同激勵(lì)頻率下聲學(xué)響應(yīng)的聲壓級(jí)云圖可以由相應(yīng)的多個(gè)聲學(xué)模態(tài)進(jìn)行擬合。
　　本文通過(guò)CFX、Workbench和LMS Virtual. Lab對(duì)管道泵和出口直管進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了管道泵的內(nèi)部流場(chǎng)和蝸殼流道內(nèi)壓力脈動(dòng)特性以及出口直管的結(jié)構(gòu)模態(tài)、聲學(xué)模態(tài)、耦合模態(tài)和聲傳播特性。為以后管道泵或出口直管的振動(dòng)噪聲分析提供了參考