變工況條件下基于三維流場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)的進步，離心泵噪聲成為新的環(huán)境污染源并且?guī)順O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，降低了離心泵系統(tǒng)的運行效率，增加了能耗，影響了泵的經(jīng)濟性與安全可靠性，不僅如此，其運行過程中所產(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)聲機理以治理噪聲污染迫在眉睫。
　　本文針對額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的某IS系列離心泵建立其三維流場計算模型，以大渦模擬得到的泵內(nèi)全三維非穩(wěn)態(tài)流場為基礎(chǔ)，

2、應(yīng)用FW-H聲學(xué)模型，通過設(shè)置外部監(jiān)測點，并對其聲壓信號進行頻譜分析的方法，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。通過對比設(shè)計參數(shù)、數(shù)值計算及試驗結(jié)果的方法對所建立模型的準(zhǔn)確性進行驗證，驗證結(jié)果表明此模型可準(zhǔn)確地對后續(xù)流場及聲場進行數(shù)值計算。
　　首先，研究了轉(zhuǎn)速在1000r/min到6000r/min之間變化時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在6

3、5dB到100dB間波動且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長現(xiàn)象:當(dāng)轉(zhuǎn)速由1000r/min增大至1450r/min時，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,聲壓增長約為3.3dB，此區(qū)間內(nèi)輻射噪聲平均增長斜率約為轉(zhuǎn)速介于1000r/min到1450r/min區(qū)間內(nèi)增長斜率的1/6;蝸殼輻射噪聲總聲壓級在72dB到100dB間波動且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長現(xiàn)

4、象:轉(zhuǎn)速低于2000r/min或者高于2500r/min時，聲壓級增大較平緩，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，聲壓級急劇增大，即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min，聲壓增長約為14dB，此轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)聲壓增長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，對離心泵輻射噪聲的變化規(guī)律進行數(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，直至額定工況時達到最小值;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程中相較葉輪輻射噪聲的下降過程更加不均勻，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，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)出鏡像對稱趨勢。
　　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)‘正對隔舌噪聲大、背對隔舌噪聲小’的指向性特征;另一方面，無論是變轉(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)速和流量的變化對葉輪以及蝸殼內(nèi)部流場有著基本相似的影響。與此同時，探究引起葉輪及蝸殼產(chǎn)生輻射噪聲的直接原因為壁面壓力脈