离心泵空化及其诱导振动噪声研究

发布时间：2020-12-23 05:16

　　本文在国家杰出青年基金（50825902）和江苏省自然科学基金创新学者攀登项目（BK2009006）的资助下开展工作。随着科学技术的发展,泵的应用领域正在迅速扩大,并发挥着举足轻重的作用。然而,空化这一世纪难题,一直制约着水泵行业的发展,不仅限制了泵的高效运行范围和小型化的实现,还影响了泵的运行稳定性和可靠性。为了获得离心泵内部空化特性及其诱导振动噪声的机理和传播规律,并为低振动低噪声离心泵水力设计方法的建立提供基础,本文采用理论分析、数值计算和实验测量相结合的方法对离心泵内部的空化特性以及空化诱导振动噪声进行了研究。本文的主要工作和创造性成果有：1.对离心泵内部流动分别进行了单相定常计算、空化定常计算和空化非定常计算。首先对单相定常计算时的收敛精度、边界条件和湍流模型等因素进行了比较,计算结果表明：（1）收敛精度10-4即可以满足要求且计算时间比收敛精度10-5缩短近一倍：（2）全压进口、质量流量出口与流速进口、压力出口两种常用边界条件的计算结果相近；（3）对于低比转数离心泵SST湍流模型的计算精度较高,对于中高比转数离心泵标准k-ε湍流模型的计算结果较好。然后以单相定常计算结果为初... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 空化的产生与破坏机理研究现状
    1.3 空化流数值模拟的研究进展
        1.3.1 基于势流理论的空化模型
        1.3.2 基于N-S方程的空化模型
    1.4 泵内部流体诱导振动噪声的研究进展
        1.4.1 不稳定流动诱导振动噪声的研究
        1.4.2 空化诱导振动噪声的研究
    1.5 泵空化控制的研究进展
        1.5.1 优化泵过流部件的水力设计
        1.5.2 改善泵结构与工艺
    1.6 本文的研究工作
第二章 泵空化及流体诱导振动噪声的基本理论
    2.1 泵空化的基本方程
    2.2 流体诱导噪声的基本理论
        2.2.1 声基础理论
        2.2.2 流体噪声源分析
    2.3 流体诱导振动的水力激励
第三章 离心泵内部空化特性的数值模拟
    3.1 数值模拟理论基础
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 湍流模型
        3.1.3 空化模型
        3.1.4 边界条件
        3.1.5 控制方程的离散与求解
    3.2 计算模型与网格划分
        3.2.1 计算模型
        3.2.2 网格划分
    3.3 空化数值模拟方法
        3.3.1 单相定常计算
        3.3.2 空化定常计算
        3.3.3 空化非定常计算
        3.3.4 出口压力脉动实验测量
    3.4 本章小结
第四章 离心泵流体诱导振动噪声的实验研究
    4.1 实验测试系统
        4.1.1 实验装置
        4.1.2 数据采集系统
    4.2 实验方案与实验步骤
        4.2.1 实验方案
        4.2.2 实验步骤
    4.3 离心泵空化诱导振动噪声实验结果
        4.3.1 空化性能曲线
        4.3.2 空化诱导振动特性实验结果及分析
        4.3.3 空化诱导噪声特性实验结果及分析
    4.4 不同叶轮出口宽度离心泵流动诱导振动噪声实验结果
        4.4.1 能量特性曲线
        4.4.2 流动诱导振动特性实验结果及分析
        4.4.3 流动诱导噪声特性实验结果及分析
    4.5 不同叶片出口角离心泵流动诱导振动噪声实验结果
        4.5.1 能量特性曲线
        4.5.2 流动诱导振动特性实验结果及分析
        4.5.3 流动诱导噪声特性实验结果及分析
    4.6 本章小结
第五章 叶轮重要几何参数对离心泵空化特性的影响
    5.1 基于神经网络的离心泵空化性能预测模型
        5.1.1 网络结构的确定
        5.1.2 训练样本及其归一化处理
        5.1.3 预测模型的建立和训练
        5.1.4 网络的仿真和回归分析
    5.2 叶片数对离心泵空化特性的影响
        5.2.1 叶片数对离心泵空化性能影响的CFD研究
        5.2.2 叶片数对离心泵空化性能影响的实验研究
        5.2.3 不同叶片数模型泵的振动特性
        5.2.4 不同叶片数模型泵的噪声特性
    5.3 叶片进口冲角对离心泵空化特性的影响
        5.3.1 叶片进口冲角对空化性能影响的CFD研究
        5.3.2 叶片进口冲角对离心泵空化性能影响的实验研究
        5.3.3 不同叶片进口冲角模型泵的振动特性
        5.3.4 不同叶片进口冲角模型泵的噪声特性
    5.4 叶片包角对离心泵空化特性的影响
        5.4.1 叶片包角对空化性能影响的CFD研究
        5.4.2 叶片包角对离心泵空化性能影响的实验研究
        5.4.3 不同叶片包角模型泵的振动特性
        5.4.4 不同叶片包角模型泵的噪声特性
    5.5 本章小结
第六章 离心泵内部空泡分布与振动噪声特性的关系
    6.1 研究模型
    6.2 实验测试系统
    6.3 离心泵空化性能的数值计算及实验验证
        6.3.1 计算网格及数值模拟方法
        6.3.2 数值计算结果与实验结果的对比
    6.4 离心泵空泡分布的非定常数值计算及实验验证
    6.5 离心泵全流量范围内能量及振动噪声特性的实验研究
        6.5.1 水箱增加前后的能量特性对比
        6.5.2 离心泵全流量范围内的振动噪声特性
    6.6 离心泵空化诱导振动噪声特性的实验研究
    6.7 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究总结
    7.2 研究展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间取得的相关科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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[3]空化初生机理及比尺效应研究[D]. 杨庆.四川大学 2005



本文编号：2933139