變工況條件下基于三維流場(chǎng)的離心泵輻射噪聲數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，離心泵噪聲成為新的環(huán)境污染源并且?guī)?lái)極大的弊端，惡化了泵的性能，使離心泵偏離了最佳效率工況點(diǎn)，降低了離心泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增加了能耗，影響了泵的經(jīng)濟(jì)性與安全可靠性，不僅如此，其運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的噪聲惡化了工作人員的工作環(huán)境以及周圍居民的生活質(zhì)量，故研究其發(fā)聲機(jī)理以治理噪聲污染迫在眉睫。
　　本文針對(duì)額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的某IS系列離心泵建立其三維流場(chǎng)計(jì)算模型，以大渦模擬得到的泵內(nèi)全三維非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)為基礎(chǔ)，

2、應(yīng)用FW-H聲學(xué)模型，通過(guò)設(shè)置外部監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)其聲壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的方法，研究離心泵輻射噪聲在變轉(zhuǎn)速工況以及變流量工況下的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)、數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果的方法對(duì)所建立模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明此模型可準(zhǔn)確地對(duì)后續(xù)流場(chǎng)及聲場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
　　首先，研究了轉(zhuǎn)速在1000r/min到6000r/min之間變化時(shí)離心泵輻射噪聲的變化規(guī)律，揭示了輻射噪聲與轉(zhuǎn)速之間的響應(yīng)關(guān)系。模擬結(jié)果表明:葉輪輻射噪聲總聲壓級(jí)在6

3、5dB到100dB間波動(dòng)且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長(zhǎng)現(xiàn)象:當(dāng)轉(zhuǎn)速由1000r/min增大至1450r/min時(shí)，葉輪輻射噪聲幅值驟增，增大約為13dB，而在其他轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)葉輪輻射噪聲增加較緩，即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,聲壓增長(zhǎng)約為3.3dB，此區(qū)間內(nèi)輻射噪聲平均增長(zhǎng)斜率約為轉(zhuǎn)速介于1000r/min到1450r/min區(qū)間內(nèi)增長(zhǎng)斜率的1/6;蝸殼輻射噪聲總聲壓級(jí)在72dB到100dB間波動(dòng)且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長(zhǎng)現(xiàn)

4、象:轉(zhuǎn)速低于2000r/min或者高于2500r/min時(shí)，聲壓級(jí)增大較平緩，即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min，聲壓增大約為4dB，當(dāng)轉(zhuǎn)速介于2000與2500r/min時(shí)，聲壓級(jí)急劇增大，即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min，聲壓增長(zhǎng)約為14dB，此轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)聲壓增長(zhǎng)斜率明顯高于其他轉(zhuǎn)速區(qū)間（約為3.5倍）。
　　其次，在變流量工況下，對(duì)離心泵輻射噪聲的變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值研究。模擬結(jié)果表明:在流量從0.25Q增大到額定流量區(qū)間內(nèi)，葉輪部分

5、輻射噪聲出現(xiàn)單調(diào)下降的趨勢(shì)，直至額定工況時(shí)達(dá)到最小值;隨著流量繼續(xù)增加，其輻射噪聲又劇烈增大，該增大斜率約為其輻射噪聲由小流量工況至額定工況時(shí)輻射噪聲下降斜率的3倍。蝸殼輻射噪聲也表現(xiàn)出了相似的變化規(guī)律，但蝸殼輻射噪聲在其下降過(guò)程中相較葉輪輻射噪聲的下降過(guò)程更加不均勻，呈下降-平穩(wěn)-再下降的變化規(guī)律，其中當(dāng)流量從0.5Q增至0.75Q時(shí)，蝸殼輻射噪聲基本不變;值得注意的是在流量從0.75Q增大至1.25Q的區(qū)間內(nèi)，蝸殼輻射噪聲以額定流量

6、為中心呈現(xiàn)出鏡像對(duì)稱趨勢(shì)。
　　最后，揭示了葉輪與蝸殼兩者輻射噪聲的區(qū)別與聯(lián)系:區(qū)別為葉輪輻射噪聲呈現(xiàn)出明顯的偶極子特性，而蝸殼輻射噪聲出現(xiàn)‘正對(duì)隔舌噪聲大、背對(duì)隔舌噪聲小’的指向性特征;另一方面，無(wú)論是變轉(zhuǎn)速工況還是變流量工況下，葉輪與蝸殼兩者輻射噪聲都出現(xiàn)了相似的整體變化規(guī)律，雖在某轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)略有不同，表明了轉(zhuǎn)速和流量的變化對(duì)葉輪以及蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)有著基本相似的影響。與此同時(shí)，探究引起葉輪及蝸殼產(chǎn)生輻射噪聲的直接原因?yàn)楸诿鎵毫γ}