气液两相流下洗衣机微型泵内部流动和噪声特性研究

发布时间：2020-04-11 04:48

【摘要】：本研究受国家自然科学基金“气液两相流下离心泵内部流动机理及其流动诱导特性研究”(51779107),国家重点研发项目课题(2018YFC0810505)和江苏大学高级人才基金项目(15JDG048)资助,也是其主要研究内容之一。洗衣机是改善全球人民生活水平的一种必不可少的家用电器,作为核心部件的微型泵是决定洗衣机性能的关键。由于结构紧凑和通常采用上排水方式,洗衣机微型泵内部的流场复杂。随着水位的降低,泵在排水末期(称之为空排期)处于输送空气-水混合物状态,并产生不稳定的流动。这种不稳定的流动不仅导致泵性能的恶化,而且还引起较大的振动和噪音,这可能会降低洗衣机的声学质量并影响用户体验。此外,国家对绿色环保很注重,这意味着用户和市场将对洗衣机的质量提出更高的要求。因此,对洗衣机排水泵的内部流动和噪声特性进行研究具有理论意义和工程价值。项目首先讨论了流动噪声的产生机理,然后在一定负荷条件下,对流质为纯水和不同含气量的空气-水混合物进行泵性能试验和数值模拟,最后研究了模型泵的内部流动和流动引起的振动噪声,为深入了解排水泵在空气-水混合物状态的工作原理并提高排水泵的性能提供参考。研究内容主要涉及以下几点:1.首先,本文介绍了洗衣机微型泵和普通离心泵内部不稳定流动,并分析了噪声产生的原因。然后,对模型泵进行特性实验,检验水力性能和声学特性。实验表明随着流速的增加,水头缓慢下降,泵效率降低,模型泵的效率与产品制造商的实验值非常一致。此外,该研究还包括在四种不同流速下进行两相流的外特性实验,通过压缩机调节泵入口处的气体含量。在不同气体含量和不同流速下,流量扬程曲线显示出相对合理的下降趋势。此外,噪声实验表明模型泵运行周期可分为三个阶段:启动期,正常排水期和空排期。由于空气-水两相流动,空排期的噪声水平高于正常排水期。此外,频域分析还显示空排期在各频段的声压级均较正常排水期高。2.为了研究模型泵在纯水条件(正常排水期)和空气-水两相流条件(空排期)内部的流场,进行了基于性能试验和噪声实验的数值模拟。在纯水条件下获得的扬程结果显示出模拟值与实验值之间的一致性,并且泵在设计流量下表现出最大模拟效率为21.07%。此外,基于两种不同的湍流模型(k-omega和k-epsilon)计算纯水的内部流场,并且在不同的入口空气含量和部分负荷条件下使用多相流动模型计算两相流的内部流场。得到四种流速条件下的内部流动和气相分布的结果。结果表明,当气体含量为1%时,气体对排水泵的影响较小。随着气体含量的增加,流量扬程曲线下降的斜率变大,随着流量从设计值降到最低,气体含量对泵性能的影响开始增加。此外,当气体含量增加1-2%时,扬程突然减小,并且扬程下降曲线对于所有流量条件下变得更不规律。另外,在较低的气体含量条件下,受到叶轮流动通道中周边压力梯度的影响,气体首先积聚出现在叶片区域和叶片后部附近。随着入口气体含量增加,气泡逐渐形成更大的气团并阻塞叶轮流动通道,这又削弱了排水泵的功能。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O359;TM925.33

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