基于水下噪声测试对离心泵空化的分析研究

发布时间：2017-03-31 13:14

  本文关键词：基于水下噪声测试对离心泵空化的分析研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心泵发生空化时,会在低压区产生空泡,在高压区溃灭,而空泡的溃灭会产生信号,而这些信号包含有空化的特征,因此对这些空化噪声信号进行研究是有必要的。空化信号是淹没在背景噪声当中的,以至于提取和分析是很困难的,目前虽然有很多的信号处理方法应用在信号的提取和分析当中,但是由于空化信号是属于微弱信号的范畴,因此,传统的信号处理方法存在很大的不足。因此本文对离心泵发生空化时的空化噪声信号进行采集,采用一种新的方法来对水下噪声信号进行分析,从中提取空化发生时的信号特征。本文研究的主要任务是对离心泵的空化进行研究,而目前应用数值模拟方法对空化的研究已经趋于成熟了,因此本文先采用数值模拟的方法对离心泵空化进行了研究,获得了离心泵的空化性能;而后对同型号的离心泵进行空化实验,采集离心泵发生空化时的噪声信号,采用功率谱分析法以及经验模态分解算法对空化噪声信号进行分析和提取,找出了空化信号的特征及其变化规律。通过对空化噪声信号进行功率谱的分析可以得知,空化信号在频域中的特征主要集中在低频段,而在中高频段没有明显特征,利用该方法可以很好地反映离心泵空化的发展过程,同时定义了两个功率阈值区间,由此可以定量地判断离心泵空化发展的程度。通过采用经验模态分解算法对空化噪声信号进行分析可知,在信号的分解分量当中都有突变脉冲分量存在,这说明利用该方法可以有效地在强背景噪声中检测到突变脉冲信号;通过对信号分解分量中的脉冲信号的数量进行统计可以发现,只有分解分量1中的脉冲信号数量随着空化的变化,是符合机理分析结果的。利用该方法同样可以很好地反映离心泵空化的发展过程,判断离心泵空化所处的阶段,同时该方法还可以定量地判断初生空化。最后将该方法得到的结果同数值模拟得到的结果进行了对比,两者的结果是相吻合的,这说明数值模拟得到的结果是正确的。
【关键词】：离心泵 数值模拟 空化噪声信号 功率谱分析 经验模态算法
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题来源及名称9
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题名称9
• 1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.3 空化噪声信号处理方法的研究现状10-11
• 1.4 本课题研究的主要内容11-12
• 2 离心泵空化数值模拟12-27
• 2.1 计算流体力学理论介绍12-15
• 2.1.1 控制方程简介12-13
• 2.1.2 多相流模型13
• 2.1.3 空化流动模型13-15
• 2.2 离心泵的三维建模及网格划分15-17
• 2.2.1 离心泵参数15-16
• 2.2.2 离心泵三维建模及网格划分16-17
• 2.3 离心泵内部流场的数值模拟17-21
• 2.3.1 计算模型及边界条件的选择17-18
• 2.3.2 计算结果及分析18-21
• 2.4 离心泵空化数值模拟21-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 离心泵水下噪声测试实验27-48
• 3.1 实验系统的介绍27-33
• 3.1.1 实验台简介27-28
• 3.1.2 实验设备技术参数28-30
• 3.1.3 泵阀测试系统介绍30-31
• 3.1.4 空化噪声信号测试系统介绍31-33
• 3.2 离心泵性能实验33-36
• 3.2.1 实验步骤33-34
• 3.2.2 绘制离心泵的能量特性曲线34-36
• 3.2.3 结果分析36
• 3.3 离心泵空化噪声测试实验36-47
• 3.3.1 安装水听器探头37
• 3.3.2 离心泵空化噪声测试实验37-38
• 3.3.3 绘制离心泵的空化性能曲线38-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 空化信号的数据处理48-71
• 4.1 功率谱方法简介48-50
• 4.1.1 非参数法48-49
• 4.1.2 参数法49-50
• 4.2 对空化噪声信号进行功率谱分析50-57
• 4.3 经验模态分解基本理论57-63
• 4.3.1 经验模态分解基本原理57-60
• 4.3.2 经验模态分解算法60-63
• 4.4 基于经验模态算法对空化噪声信号进行分解63-70
• 4.4.1 对空化噪声信号进行分解63-65
• 4.4.2 对空化噪声信号特征进行统计65-69
• 4.4.3 对数值模拟结果进行验证69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 5 结论与展望71-73
• 5.1 结论71
• 5.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果76-77
• 致谢77-78

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