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离心泵噪声研究现状及未来发展(四)

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-09-09  浏览次数:920
核心提示:人们已经通过数值建模对汽蚀中单个气泡以及汽蚀核心进行了大量的研究,但通过数值建模的方法对汽蚀噪声的预测还相对较少,且提

    人们已经通过数值建模对汽蚀中单个气泡以及汽蚀核心进行了大量的研究,但通过数值建模的方法对汽蚀噪声的预测还相对较少,且提出的方法只适用于特定工况下汽蚀噪声的计算。1997年Karassik和Mcguire的研究指出,汽蚀引起的噪声大致上与流体流速、气泡数量、气泡的最大体积和单位体积内气泡浓度呈线性关系,而由于气泡在数量上和体积上的引起变化呈现混沌变化的状态,因而还没有一种精确的算法能够计算离心泵在不同工况下产生的汽蚀噪声。

    现阶段控制离心汽蚀噪声还主要在泵的使用过程中严格遵守生产厂家提供的汽蚀余量的限制以避免汽蚀的发生。另外,抑制汽蚀产生的一个有效的方法是在叶轮入口处安装导叶,吴仁荣等人就通过安装固装式导叶的方法以改善泵的汽蚀性能。对于高速离心泵在吸入口安置诱导轮也是改善离心泵汽蚀性能的一个有效的手段,徐朝晖等人就运用数值方法分析了诱导轮对离心泵噪声的影响。

    1.2.2流固耦合诱发噪声的研究

    流固耦合诱发噪声都是近年来机械系统中振动与噪声研究的重点,在离心泵的研究中,蜗壳和叶轮与流体之间的耦合诱发噪声成为研究的焦点,Chu与Dong等人对离心泵噪声的试验研究和Howe等人通过理论分析与数值方法对离心泵噪声的分析是这一研究代表并成为随后其他研究的基础。

    早在1967年Simpsont等人在从理论上对泵进行流动噪声机理的研究中就指出,离心泵流动噪声产生的主要原因是结构与流体的相互作用,因此Chu等在1995年通过试验,对比了由粒子移动速度计算的压力场与局部压力、噪声分布,确定了叶轮的非稳定出流与蜗舌之间的耦合作用是蜗壳内主要的噪声来源,他的结论为接下来的关于降低离心泵噪声的研究指明了方向。同时该研究还指出同一泵在蜗壳内径与叶轮外径之比小于1.2时,非定常流对涡舌的冲击最严重,这与1987年Hamkins and Flack运用不同泵所作的测试完全相符。因此,Dong在Chu的研究基础上通过增大蜗壳与叶轮之间的间隙来降低噪声,当把蜗舌和叶轮之间的间隙加大到叶轮半径的20%时,离心泵的噪声得到了明显的降低,但同时泵的工作效率也会降低。Chu与Dong的研究表明,当一对叶轮叶片通过蜗舌时,这两个叶片之间的流道就逐渐被挤压,导致流体的压力脉冲,这些压力脉冲就以声波的形式在管道系统中传播。值得一提的是,后来Jeon、黄宇等人在离心风扇噪声的研究中运用旋转叶轮附近的尖劈来模拟蜗舌也证明了Chu与Dong的结论。

    1991年Howe在Light hill的声类比方程的基础上对叶轮机械的简化模型产生的噪声进行了研究。1952年Light hill声类比方程把噪声的来源分为单极子源、偶极子源和四极子源,Howe在此基础上通过漩涡理论研究表明,在低马赫数流体中流固耦合所诱发的主要噪声源是由非定常表面力决定的偶极子源,而对于一个典型的拥有5-10个叶片的离心泵在马赫数为0.01(泵典型的运动速度下)的单极子、由湍流引起的四极子噪声可以忽略不计。该结论成为了后来众多运用数值方法求解叶轮机械流固耦合噪声的基础,因此近十几年对离心泵噪声的数值研究趋向于先通过泵内全流道流场模拟以求解表面非定常压力,然后通过该压力得出机械结构的辐射。

    (未完待续……)

   




 
 
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