離心泵內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)激勵(lì)特性研究.pdf

1、振動(dòng)噪聲性能是離心泵重要的考核參數(shù)，在某些特殊領(lǐng)域（船舶、核電、潛艇）振動(dòng)噪聲等級(jí)甚至是離心泵必須滿(mǎn)足的首要指標(biāo)。離心泵內(nèi)部湍流場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多重尺度的渦結(jié)構(gòu)及宏觀(guān)的分離流動(dòng)、尾跡、動(dòng)/靜干涉等現(xiàn)象，多種非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的耦合作用導(dǎo)致流激機(jī)理極為復(fù)雜，流激響應(yīng)特性尚不明確。離心泵內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)是誘發(fā)水力激勵(lì)力的直接驅(qū)動(dòng)源，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)結(jié)構(gòu)和水力激勵(lì)力之間的映射關(guān)系對(duì)初步完善低噪聲離心泵設(shè)計(jì)理論及發(fā)展振動(dòng)噪聲能量的主動(dòng)控制技術(shù)至關(guān)重要

2、。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金“泵內(nèi)受迫湍流的渦動(dòng)力學(xué)特征及其激勵(lì)機(jī)制”（51576090）、軍工委托項(xiàng)目及江蘇省研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃（KYLX-1036）的資助下對(duì)離心泵內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)特性展開(kāi)研究，主要工作及創(chuàng)新性研究成果如下：
　　采用高精度數(shù)值計(jì)算手段對(duì)泵內(nèi)精細(xì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行捕捉，全面獲得了不同工況下模型泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)分布特性，提取了模型泵蝸殼壁面上的壓力脈動(dòng)信號(hào)。從葉片尾跡渦演變機(jī)制角度出發(fā)剖析動(dòng)靜干涉作用的形成機(jī)理，重點(diǎn)

3、研究了泵內(nèi)非穩(wěn)態(tài)渦結(jié)構(gòu)的分布、演變過(guò)程。詳細(xì)刻畫(huà)了葉片尾緣脫落渦及其和隔舌產(chǎn)生的撞擊、干涉、運(yùn)動(dòng)、變形、耗散的發(fā)展過(guò)程，構(gòu)建壓力脈動(dòng)能量和渦結(jié)構(gòu)特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提出泵內(nèi)渦結(jié)構(gòu)的分布特性直接決定相應(yīng)位置處的壓力脈動(dòng)頻譜能量。
　　系統(tǒng)地總結(jié)了離心泵過(guò)流部件參數(shù)對(duì)壓力脈動(dòng)特性的影響，基于渦激響應(yīng)特性，從主動(dòng)抑制葉片出口尾跡渦強(qiáng)度角度出發(fā)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算手段探索了葉片出口形狀對(duì)離心泵性能、渦結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及壓力脈動(dòng)能量的影響規(guī)律，提出葉片工作面

4、修整可以達(dá)到7％左右葉頻幅值降的效果。
　　結(jié)合空化可視化、空化激勵(lì)振動(dòng)特性，首次提出將離心泵內(nèi)部空化發(fā)展過(guò)程劃分為4個(gè)主要階段，分別為穩(wěn)定、附著的片狀空化；周期性脫落的云狀空化；可壓縮的泡狀空化；具有明顯汽/液分界面的空化形態(tài)。界定了各階段的空化數(shù)區(qū)間，并詳細(xì)分析了各個(gè)階段空化形態(tài)特征及其非穩(wěn)態(tài)發(fā)展、演變過(guò)程。
　　建立壓力脈動(dòng)、振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，全面分析了模型泵工況、測(cè)點(diǎn)位置對(duì)壓力脈動(dòng)、振動(dòng)頻譜特性的影響規(guī)律，構(gòu)建了頻譜中主

5、要峰值信號(hào)及不同頻段內(nèi)的RMS能量隨流量的響應(yīng)特性。結(jié)合離心泵內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，初步形成離心泵工況-流場(chǎng)結(jié)構(gòu)-水力激勵(lì)力的關(guān)聯(lián)特性。
　　分析空化對(duì)壓力脈動(dòng)、振動(dòng)頻譜的影響規(guī)律，描述壓力脈動(dòng)、振動(dòng)頻譜能量隨空化數(shù)降低的變化趨勢(shì)，提出該演變過(guò)程與離心泵內(nèi)部的空化形態(tài)直接相關(guān)?；诳栈?lì)振動(dòng)特性，本文定義揚(yáng)程下降1%點(diǎn)為振動(dòng)臨界空化點(diǎn)，低頻段振動(dòng)能量在該點(diǎn)附近達(dá)到極大值。由振動(dòng)能量的變化特性可知：常規(guī)3%揚(yáng)程臨界汽蝕點(diǎn)的空化判據(jù)略顯