離心泵進口畸變流誘導噪聲作用機理研究

《離心泵進口畸變流誘導噪聲作用機理研究》是依託江蘇大學，由司喬瑞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：離心泵進口畸變流誘導噪聲作用機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：司喬瑞
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

控制離心泵運行時產生的噪聲對環境保護和解決船艦等隱秘性問題至關重要。由於離心泵內部不穩定流動的複雜性，國內外還未能很好地揭示其進口畸變流引起的流場特性及其誘導噪聲的作用機理。本項目將針對離心泵進口不穩定來流、回流和葉片前緣空化等引起的畸變流場特性與流致噪聲之間的關係進行深入研究。首先基於某離心泵模型，結合高速攝影和流場數值模擬進行進口流場的流態顯示，獲得不同入流條件和不同流量下進口流場畸變的規律；其次發展四端網路聲學模型以解決管道系統和離心泵流動噪聲源之間的耦合問題，並結合流場壓力脈動和輻射噪聲信號的動態採集定量解析模型泵進口流場畸變時的聲學特性；然後建立模型泵全流道流場求解策略，開發考慮泵體聲振耦合作用後的離心泵流致噪聲仿真程式；最後通過分析數值計算和實驗結果，揭示離心泵進口畸變流誘導噪聲的作用機理，為豐富和發展離心泵內部流動理論、提高我國離心泵低噪聲設計水平提供理論基礎。

結題摘要

隨著泵向高速化、大功率方向發展，其噪聲問題日趨嚴重，已成為環保問題重要的控制對象。由於離心泵內部不穩定流動的複雜性，國內外還未能很好地揭示其進口畸變流引起的流場特性及其誘導噪聲的作用機理。本項目採用理論分析、實驗研究和和數值模擬相結合的手段對回流、空化、不均勻來流等進口畸變現象進行了研究。發展了無源四端網路聲學模型，解決了管道系統和離心泵流動噪聲源之間的耦合問題，實驗研究了不同運行工況下離心泵的流動噪聲和流動誘導結構輻射噪聲相關規律；對非均勻進流情況下泵性能損失機理和流場畸變特性及其誘導振動噪聲機理進行了初步分析；建立了一種流-固-聲多物理場一體求解的流動誘導噪聲數值模擬方法，考慮了求解離心泵流致噪聲時泵體的聲振耦合作用；以葉頻噪聲聲壓級、揚程、效率和軸功率這四個指標作為判斷標準，首次採用權矩陣方法藉助數值模擬技術對離心泵葉輪進行多目標最佳化設計，得到一組水力模型最佳化方案；揭示了多級離心泵內部流動與誘導的結構輻射噪聲間的關係，並通過最佳化葉輪/導葉匹配進行了多級泵低噪聲設計。 項目組出版著作2部，發表論文22篇，其中被SCI收錄10篇，被EI收錄7篇，獲授權國家發明專利6項。研究成果獲教育部科技進步二等獎1項、山東省科技進步二等獎1項、機械工業聯合會三等獎1項。培養博士研究生3名，碩士研究生4名。本項目的研究豐富了水力機械（泵）領域的內部流動理論，具有重要的理論意義。項目研究成果正在對噪聲性能要求較高的汽車電子水泵和空調系用管道泵產品研發上進行套用，在工農業和國防領域具有廣闊的套用前景。