發(fā)布時(shí)間：2017-09-07 10:09

  本文關(guān)鍵詞：變工況條件下基于三維流場(chǎng)的離心泵輻射噪聲數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 離心泵 變工況 輻射噪聲 總聲壓級(jí) 數(shù)值模擬

【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,離心泵噪聲成為新的環(huán)境污染源并且?guī)?lái)極大的弊端,惡化了泵的性能,使離心泵偏離了最佳效率工況點(diǎn),降低了離心泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率,增加了能耗,影響了泵的經(jīng)濟(jì)性與安全可靠性,不僅如此,其運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的噪聲惡化了工作人員的工作環(huán)境以及周圍居民的生活質(zhì)量,故研究其發(fā)聲機(jī)理以治理噪聲污染迫在眉睫。本文針對(duì)額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的某IS系列離心泵建立其三維流場(chǎng)計(jì)算模型,以大渦模擬得到的泵內(nèi)全三維非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)為基礎(chǔ),應(yīng)用FW-H聲學(xué)模型,通過(guò)設(shè)置外部監(jiān)測(cè)點(diǎn),并對(duì)其聲壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的方法,研究離心泵輻射噪聲在變轉(zhuǎn)速工況以及變流量工況下的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)、數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果的方法對(duì)所建立模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明此模型可準(zhǔn)確地對(duì)后續(xù)流場(chǎng)及聲場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。首先,研究了轉(zhuǎn)速在1000r/min到6000r/min之間變化時(shí)離心泵輻射噪聲的變化規(guī)律,揭示了輻射噪聲與轉(zhuǎn)速之間的響應(yīng)關(guān)系。模擬結(jié)果表明：葉輪輻射噪聲總聲壓級(jí)在65dB到100dB間波動(dòng)且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長(zhǎng)現(xiàn)象：當(dāng)轉(zhuǎn)速由1000r/min增大至1450r/min時(shí),葉輪輻射噪聲幅值驟增,增大約為13dB,而在其他轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)葉輪輻射噪聲增加較緩,即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,聲壓增長(zhǎng)約為3.3dB,此區(qū)間內(nèi)輻射噪聲平均增長(zhǎng)斜率約為轉(zhuǎn)速介于1000r/min到1450r/min區(qū)間內(nèi)增長(zhǎng)斜率的1/6；蝸殼輻射噪聲總聲壓級(jí)在72dB到100dB間波動(dòng)且隨著轉(zhuǎn)速升高呈現(xiàn)出非線性單調(diào)增長(zhǎng)現(xiàn)象：轉(zhuǎn)速低于2000r/min或者高于2500r/min時(shí),聲壓級(jí)增大較平緩,即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,聲壓增大約為4dB,當(dāng)轉(zhuǎn)速介于2000與2500r/min時(shí),聲壓級(jí)急劇增大,即轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,聲壓增長(zhǎng)約為14dB,此轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)聲壓增長(zhǎng)斜率明顯高于其他轉(zhuǎn)速區(qū)間(約為3.5倍)。其次,在變流量工況下,對(duì)離心泵輻射噪聲的變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值研究。模擬結(jié)果表明：在流量從0.25Q增大到額定流量區(qū)間內(nèi),葉輪部分輻射噪聲出現(xiàn)單調(diào)下降的趨勢(shì),直至額定工況時(shí)達(dá)到最小值；隨著流量繼續(xù)增加,其輻射噪聲又劇烈增大,該增大斜率約為其輻射噪聲由小流量工況至額定工況時(shí)輻射噪聲下降斜率的3倍。蝸殼輻射噪聲也表現(xiàn)出了相似的變化規(guī)律,但蝸殼輻射噪聲在其下降過(guò)程中相較葉輪輻射噪聲的下降過(guò)程更加不均勻,呈下降-平穩(wěn)-再下降的變化規(guī)律,其中當(dāng)流量從0.5Q增至0.75Q時(shí),蝸殼輻射噪聲基本不變；值得注意的是在流量從0.75Q增大至1.25Q的區(qū)間內(nèi),蝸殼輻射噪聲以額定流量為中心呈現(xiàn)出鏡像對(duì)稱趨勢(shì)。最后,揭示了葉輪與蝸殼兩者輻射噪聲的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別為葉輪輻射噪聲呈現(xiàn)出明顯的偶極子特性,而蝸殼輻射噪聲出現(xiàn)‘正對(duì)隔舌噪聲大、背對(duì)隔舌噪聲小’的指向性特征；另一方面,無(wú)論是變轉(zhuǎn)速工況還是變流量工況下,葉輪與蝸殼兩者輻射噪聲都出現(xiàn)了相似的整體變化規(guī)律,雖在某轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)略有不同,表明了轉(zhuǎn)速和流量的變化對(duì)葉輪以及蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)有著基本相似的影響。與此同時(shí),探究引起葉輪及蝸殼產(chǎn)生輻射噪聲的直接原因?yàn)楸诿鎵毫γ}動(dòng),造成輻射噪聲的根本原因?yàn)槿~輪及蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)的非均勻性分布。本文結(jié)論可為離心泵運(yùn)行中有效避開(kāi)高輻射噪聲工況提供指導(dǎo),為低噪聲離心泵的三維設(shè)計(jì)及現(xiàn)有離心泵的降噪技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：離心泵 變工況 輻射噪聲 總聲壓級(jí) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB53;TH311
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 1 緒論16-26
• 1.1 課題背景與意義16
• 1.2 離心泵噪聲來(lái)源16-20
• 1.2.1 汽蝕引起泵內(nèi)流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的研究17-18
• 1.2.2 葉輪與蝸殼動(dòng)靜干涉引起泵內(nèi)流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的研究18-19
• 1.2.3 湍流引起泵內(nèi)流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的研究19-20
• 1.3 離心泵噪聲研究方法20-23
• 1.3.1 論分析20-21
• 1.3.2 試驗(yàn)研究21-22
• 1.3.3 數(shù)值模擬22-23
• 1.4 本文工作及研究思路23-26
• 2 流場(chǎng)與聲場(chǎng)理論分析26-38
• 2.1 流體力學(xué)基本控制方程26-28
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程26
• 2.1.2 動(dòng)量守恒方程26-28
• 2.1.3 能量守恒方程28
• 2.2 控制方程離散化28-30
• 2.3 湍流模型30-33
• 2.3.1 雷諾時(shí)均法31-33
• 2.3.2 大渦模擬法33
• 2.4 壁面函數(shù)33-34
• 2.5 流場(chǎng)數(shù)值解法34
• 2.6 動(dòng)靜部分耦合模型34-35
• 2.7 聲場(chǎng)計(jì)算基本理論35-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 3 離心泵三維計(jì)算模型的建立及其計(jì)算方法38-52
• 3.1 離心泵三維計(jì)算模型的建立38-41
• 3.1.1 葉輪區(qū)域模型建立38-39
• 3.1.2 蝸殼區(qū)域模型建立39-40
• 3.1.3 離心泵整機(jī)裝配模型40-41
• 3.2 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分41-42
• 3.3 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證42-43
• 3.4 邊界條件設(shè)置43-44
• 3.4.1 進(jìn)口邊界條件43-44
• 3.4.2 出口邊界條件44
• 3.4.3 固體壁面邊界條件44
• 3.5 數(shù)值計(jì)算方法44-48
• 3.5.1 穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)計(jì)算步驟44-45
• 3.5.2 非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)計(jì)算步驟45-46
• 3.5.3 聲場(chǎng)計(jì)算方法與步驟46-48
• 3.6 計(jì)算驗(yàn)證48-51
• 3.6.1 計(jì)算模型的定性驗(yàn)證48-49
• 3.6.2 計(jì)算模型的定量驗(yàn)證49-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 4 變轉(zhuǎn)速工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律研究52-72
• 4.1 變轉(zhuǎn)速工況下離心泵內(nèi)流場(chǎng)及壓力場(chǎng)分析53-61
• 4.1.1 額定工況下離心泵內(nèi)流場(chǎng)與壓力場(chǎng)周期性變化規(guī)律分析53-56
• 4.1.2 變轉(zhuǎn)速工況下離心泵內(nèi)流場(chǎng)周期性變化規(guī)律分析56-61
• 4.2 變轉(zhuǎn)速工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律的研究61-63
• 4.2.1 變轉(zhuǎn)速工況下葉輪輻射噪聲變化規(guī)律的研究61-62
• 4.2.2 變轉(zhuǎn)速工況下蝸殼輻射噪聲變化規(guī)律的研究62-63
• 4.3 變轉(zhuǎn)速工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律原因分析63-69
• 4.3.1 變轉(zhuǎn)速工況下葉輪輻射噪聲變化規(guī)律原因分析64-65
• 4.3.2 變轉(zhuǎn)速工況下蝸殼輻射噪聲變化規(guī)律原因分析65-69
• 4.4 本章小結(jié)69-72
• 5 變流量工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律研究72-84
• 5.1 變流量工況下離心泵內(nèi)流場(chǎng)與壓力場(chǎng)分析72-76
• 5.2 變流量工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律的研究76-79
• 5.2.1 變流量工況下葉輪輻射噪聲變化規(guī)律的研究76-78
• 5.2.2 變流量工況下蝸殼輻射噪聲變化規(guī)律的研究78-79
• 5.3 變流量工況下離心泵輻射噪聲變化規(guī)律原因分析79-82
• 5.3.1 變流量工況下葉輪輻射噪聲變化規(guī)律原因分析79-81
• 5.3.2 變流量工況下蝸殼輻射噪聲變化規(guī)律原因分析81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-84
• 6 結(jié)論與展望84-88
• 6.1 本文結(jié)論84-86
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)86
• 6.3 不足與展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-96
• 致謝96-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間的主要成果98-99
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表99

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3 衛(wèi)闌，

本文編號(hào)：808903