2.2数值计算
自从Howe指出,在指定条件下流场的计算可忽略场影响以及叶轮机械主要的噪声源是表面应力引起偶极子源以后,运用数值方法计算离心泵产生噪声研究得到了迅速的发展。而这些研究也都遵循先计离心泵内部流场,然后计算流场诱发声的步骤。计流场是通过计算流体力学(CFD)求解流体力学求解体的连续方程与不封闭的纳维斯托克斯(N-S)方以得到流速与压力,常用的计算流体力学方法有有差分法、有限体积法、有限元法与边界元法。求解续方程和N-S方程组的方法有DNS法、雷诺应力(RANS)以及大涡模拟法(LES),这些方法在文献有详细的介绍。在计算得出流体的压力和流速以,就可以通过计算声学得出由压力脉动诱发的结构射噪声,声场有限元法、声场无限元法、直接边界元间接边界元法是计算声学常用的方法。
可以看出,以上研究在求解离心泵内部流场的时候,是把流体看成不可压缩的介质,在得到流体对固体表面的非定常力以后,则是把流体考虑成为可压缩介质以求解辐射噪声在流场中的传播。
还需要指出的是,这些研究在求解流场的时候,均把离心泵蜗壳以及叶轮考虑成为刚体而忽略其对流场的影响,这是因为通常离心泵蜗壳与叶轮在流固耦合中固体表面的弹性位移很小,与流场中流体的位移相比可以忽略不计;同时,离心泵结构向空气中与内部流场中的辐射声对离心泵结构的反作用也因同样的原因被忽略。还未查到在薄壁或者叶轮叶片很薄的区域固体表面对流场是否有显著影响的研究。
2.3试验研究
对离心泵噪声测试的目的一般是确认数值模拟或理论推导结果的正确性,或者是研究离心泵某个部件对整体离心泵噪声的影响,也可是为了确定进一步的研究方向而进行尝试性的研究。要得到离心泵噪声主要有三种方法,一种是通过试验测得离心泵内部流体的速度场,然后通过N-S方程计算出固体表面的压力脉动,从而可以得到离心泵的噪声;第二种方法是
直接测量固体表面上的压力,而后计算得出固体界面的辐射噪声;第三种方法则是直接测试离心泵的噪声。
Chu与Dong分别在1995年与1997年所作的试验研究就是运用第一种方法的典型例子,他们在流体流速的测试中运用了两维的粒子成像速度法(PIV),这种测试方法可以完整地得到流场中的各点的流速信息。除此之外,其他测试流场速度的常用方法还有热线热膜测试法(HWFA)、激光多普勒测试法(LDV)、相位多普勒粒子法(PDPA)、声学多普勒测试法(ADV),文献对这些方法以及相关的测试仪器有较详细的介绍。
运用第二种方法时,需要在所要研究的固体表面上安装一定数量的压力传感器,可以得到测试点上的压力信号,但无法得到固体表面完整的压力信息,且在离心泵内安装压力传感器也会引起流场的改变,因此这种方法主要用于验证性的研究。
(未完待续……)



