变工况条件下基于三维流场的离心泵辐射噪声数值模拟研究

发布时间：2017-09-07 10:09

  本文关键词：变工况条件下基于三维流场的离心泵辐射噪声数值模拟研究

  更多相关文章： 离心泵 变工况 辐射噪声 总声压级 数值模拟

【摘要】：随着工业技术的进步,离心泵噪声成为新的环境污染源并且带来极大的弊端,恶化了泵的性能,使离心泵偏离了最佳效率工况点,降低了离心泵系统的运行效率,增加了能耗,影响了泵的经济性与安全可靠性,不仅如此,其运行过程中所产生的噪声恶化了工作人员的工作环境以及周围居民的生活质量,故研究其发声机理以治理噪声污染迫在眉睫。本文针对额定转速为1450r/min的某IS系列离心泵建立其三维流场计算模型,以大涡模拟得到的泵内全三维非稳态流场为基础,应用FW-H声学模型,通过设置外部监测点,并对其声压信号进行频谱分析的方法,研究离心泵辐射噪声在变转速工况以及变流量工况下的变化规律。通过对比设计参数、数值计算及试验结果的方法对所建立模型的准确性进行验证,验证结果表明此模型可准确地对后续流场及声场进行数值计算。首先,研究了转速在1000r/min到6000r/min之间变化时离心泵辐射噪声的变化规律,揭示了辐射噪声与转速之间的响应关系。模拟结果表明：叶轮辐射噪声总声压级在65dB到100dB间波动且随着转速升高呈现出非线性单调增长现象：当转速由1000r/min增大至1450r/min时,叶轮辐射噪声幅值骤增,增大约为13dB,而在其他转速区间内叶轮辐射噪声增加较缓,即转速每增加1000r/min,声压增长约为3.3dB,此区间内辐射噪声平均增长斜率约为转速介于1000r/min到1450r/min区间内增长斜率的1/6；蜗壳辐射噪声总声压级在72dB到100dB间波动且随着转速升高呈现出非线性单调增长现象：转速低于2000r/min或者高于2500r/min时,声压级增大较平缓,即转速每增加1000r/min,声压增大约为4dB,当转速介于2000与2500r/min时,声压级急剧增大,即转速每增加1000r/min,声压增长约为14dB,此转速区间内声压增长斜率明显高于其他转速区间(约为3.5倍)。其次,在变流量工况下,对离心泵辐射噪声的变化规律进行数值研究。模拟结果表明：在流量从0.25Q增大到额定流量区间内,叶轮部分辐射噪声出现单调下降的趋势,直至额定工况时达到最小值；随着流量继续增加,其辐射噪声又剧烈增大,该增大斜率约为其辐射噪声由小流量工况至额定工况时辐射噪声下降斜率的3倍。蜗壳辐射噪声也表现出了相似的变化规律,但蜗壳辐射噪声在其下降过程中相较叶轮辐射噪声的下降过程更加不均匀,呈下降-平稳-再下降的变化规律,其中当流量从0.5Q增至0.75Q时,蜗壳辐射噪声基本不变；值得注意的是在流量从0.75Q增大至1.25Q的区间内,蜗壳辐射噪声以额定流量为中心呈现出镜像对称趋势。最后,揭示了叶轮与蜗壳两者辐射噪声的区别与联系：区别为叶轮辐射噪声呈现出明显的偶极子特性,而蜗壳辐射噪声出现‘正对隔舌噪声大、背对隔舌噪声小’的指向性特征；另一方面,无论是变转速工况还是变流量工况下,叶轮与蜗壳两者辐射噪声都出现了相似的整体变化规律,虽在某转速区间内略有不同,表明了转速和流量的变化对叶轮以及蜗壳内部流场有着基本相似的影响。与此同时,探究引起叶轮及蜗壳产生辐射噪声的直接原因为壁面压力脉动,造成辐射噪声的根本原因为叶轮及蜗壳内部流场的非均匀性分布。本文结论可为离心泵运行中有效避开高辐射噪声工况提供指导,为低噪声离心泵的三维设计及现有离心泵的降噪技术研究奠定基础。
【关键词】：离心泵 变工况 辐射噪声 总声压级 数值模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53;TH311
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 1 绪论16-26
• 1.1 课题背景与意义16
• 1.2 离心泵噪声来源16-20
• 1.2.1 汽蚀引起泵内流动诱导噪声的研究17-18
• 1.2.2 叶轮与蜗壳动静干涉引起泵内流动诱导噪声的研究18-19
• 1.2.3 湍流引起泵内流动诱导噪声的研究19-20
• 1.3 离心泵噪声研究方法20-23
• 1.3.1 论分析20-21
• 1.3.2 试验研究21-22
• 1.3.3 数值模拟22-23
• 1.4 本文工作及研究思路23-26
• 2 流场与声场理论分析26-38
• 2.1 流体力学基本控制方程26-28
• 2.1.1 质量守恒方程26
• 2.1.2 动量守恒方程26-28
• 2.1.3 能量守恒方程28
• 2.2 控制方程离散化28-30
• 2.3 湍流模型30-33
• 2.3.1 雷诺时均法31-33
• 2.3.2 大涡模拟法33
• 2.4 壁面函数33-34
• 2.5 流场数值解法34
• 2.6 动静部分耦合模型34-35
• 2.7 声场计算基本理论35-37
• 2.8 本章小结37-38
• 3 离心泵三维计算模型的建立及其计算方法38-52
• 3.1 离心泵三维计算模型的建立38-41
• 3.1.1 叶轮区域模型建立38-39
• 3.1.2 蜗壳区域模型建立39-40
• 3.1.3 离心泵整机装配模型40-41
• 3.2 计算区域网格划分41-42
• 3.3 网格独立性验证42-43
• 3.4 边界条件设置43-44
• 3.4.1 进口边界条件43-44
• 3.4.2 出口边界条件44
• 3.4.3 固体壁面边界条件44
• 3.5 数值计算方法44-48
• 3.5.1 稳态流场计算步骤44-45
• 3.5.2 非稳态流场计算步骤45-46
• 3.5.3 声场计算方法与步骤46-48
• 3.6 计算验证48-51
• 3.6.1 计算模型的定性验证48-49
• 3.6.2 计算模型的定量验证49-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 变转速工况下离心泵辐射噪声变化规律研究52-72
• 4.1 变转速工况下离心泵内流场及压力场分析53-61
• 4.1.1 额定工况下离心泵内流场与压力场周期性变化规律分析53-56
• 4.1.2 变转速工况下离心泵内流场周期性变化规律分析56-61
• 4.2 变转速工况下离心泵辐射噪声变化规律的研究61-63
• 4.2.1 变转速工况下叶轮辐射噪声变化规律的研究61-62
• 4.2.2 变转速工况下蜗壳辐射噪声变化规律的研究62-63
• 4.3 变转速工况下离心泵辐射噪声变化规律原因分析63-69
• 4.3.1 变转速工况下叶轮辐射噪声变化规律原因分析64-65
• 4.3.2 变转速工况下蜗壳辐射噪声变化规律原因分析65-69
• 4.4 本章小结69-72
• 5 变流量工况下离心泵辐射噪声变化规律研究72-84
• 5.1 变流量工况下离心泵内流场与压力场分析72-76
• 5.2 变流量工况下离心泵辐射噪声变化规律的研究76-79
• 5.2.1 变流量工况下叶轮辐射噪声变化规律的研究76-78
• 5.2.2 变流量工况下蜗壳辐射噪声变化规律的研究78-79
• 5.3 变流量工况下离心泵辐射噪声变化规律原因分析79-82
• 5.3.1 变流量工况下叶轮辐射噪声变化规律原因分析79-81
• 5.3.2 变流量工况下蜗壳辐射噪声变化规律原因分析81-82
• 5.4 本章小结82-84
• 6 结论与展望84-88
• 6.1 本文结论84-86
• 6.2 本文创新点86
• 6.3 不足与展望86-88
• 参考文献88-96
• 致谢96-98
• 攻读硕士学位期间的主要成果98-99
• 学位论文评阅及答辩情况表99

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 辜小安;谢咏梅;刘扬;;地铁列车运行引起建筑物二次辐射噪声执行标准探讨[J];现代城市轨道交通;2012年04期

2 杨玉致;王凤鸣;;我国铁路机车车辆辐射噪声状况和分析[J];北方交通大学学报;1985年02期

3 郑辉 ,宫镇 ,王仲章;固体辐射噪声控制中的“优势模态”[J];江苏工学院学报;1986年04期

4 周庆余;由实测的本艇噪声推算辐射噪声[J];声学与电子工程;1995年02期

5 杨日杰,景志宏,李宏,赵俊渭,姚篮;一种实现辐射噪声重构的方法研究[J];系统仿真学报;2000年01期

6 杨绍清,王基组,吕涛;船舶辐射噪声的相关维提取[J];火力与指挥控制;2003年01期

7 唐永刚;;多源辐射噪声对船舶舱室噪声贡献量研究[J];中国造船;2010年04期

8 申道明;唐和生;胡长远;薛松涛;;地铁运行引起室内二次辐射噪声烦恼度阈值分析[J];结构工程师;2013年01期

9 宫希刚;舰船机械水下辐射噪声的预测[J];舰船科学技术;1991年06期

10 唐撷茹;结构件的辐射噪声及其控制途径[J];噪声与振动控制;1986年04期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 侯温良;;一种从辐射噪声识别舰船类型新方法[A];2001年全国水声学学术会议论文集[C];2001年

2 张宾;孙长瑜;;拖船辐射噪声的海试数据分析及特性仿真[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（上）[C];2007年

3 卫阑，

本文编号：808903