离心泵动静干涉作用机理及低噪声水力设计

第1章 绪论 1

1.1 研究目的和背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 小结 6

1.4 本书主要内容 7

第2章 离心泵声学基础 9

2.1 离心泵噪声评价 9

2.1.1 离心泵机组声源分类及传播途径 9

2.1.2 离心泵噪声测量与评估方法 11

2.2 离心泵流动诱导噪声的产生及传播模型 13

2.3 离心泵内非定常流体力和非定常流动现象 15

2.3.1 径向力 16

2.3.2 动静干涉 16

2.3.3 进口不稳定来流和叶轮出口黏性尾流 18

2.3.4 不稳定流动现象 19

2.4 本章小结 22

第3章 离心泵动静干涉作用机理研究 24

3.1 动静干涉试验台 24

3.1.1 试验台搭建 24

3.1.2 模型泵外特性 26

3.2 叶轮下游压力恢复能力评估 29

3.2.1 三孔探针试验装置 29

3.2.2 探针特性曲线 31

3.2.3 导叶进口面探针测量结果 32

3.2.4 导叶内静压测试结果和压力恢复能力评估 39

3.3 PIV试验 43

3.3.1 PIV测试系统 43

3.3.2 PIV测试速度场结果 45

3.3.3 PIV试验结果与探针试验结果的对比 50

3.4 导叶内瞬态压力特性试验 51

3.4.1 试验装置 51

3.4.2 压力脉动测试结果 52

3.5 模型泵进口流动诱导噪声特性试验 54

3.5.1 试验装置 54

3.5.2 进口流动噪声测试结果 55

3.6 本章小结 57

第4章 离心泵流动诱导噪声试验研究 59

4.1 离心泵流动诱导噪声测试方法 59

4.1.1 影响离心泵流动诱导噪声测量精度的因素 59

4.1.2 测试方法 60

4.2 离心泵流动诱导噪声试验台 64

4.3 离心泵流动诱导噪声随流量变化的关系 69

4.4 离心泵流动诱导噪声随转速变化的关系 73

4.5 叶轮切割对离心泵流动诱导噪声的影响 75

4.6 离心泵进口回流噪声分析 77

4.6.1 进口回流流场特性 78

4.6.2 回流发生时离心泵流动诱导噪声特性 80

4.7 离心泵空化噪声分析 81

4.7.1 空化试验方法 81

4.7.2 空化发生时离心泵流动诱导噪声特性 83

4.7.3 叶轮切割对离心泵空化性能的影响 85

4.8 本章小结 87

第5章 离心泵流动诱导噪声数值模拟 89

5.1 离心泵流动诱导噪声数值模拟方法 89

5.2 离心泵流场计算 93

5.2.1 流场计算模型 94

5.2.2 流场计算域、网格划分及湍流模型选择 95

5.2.3 外特性计算结果 97

5.2.4 径向力和流场压力脉动分析 99

5.3 基于CFD与声学边界元的离心泵流动诱导噪声计算 106

5.3.1 声学边界元网格模型及场点设置 107

5.3.2 声场计算结果 109

5.3.3 进、出口场点声压级频域响应计算 110

5.4 基于CFD与声学有限元的离心泵流动诱导噪声计算 111

5.4.1 声学有限元计算理论 112

5.4.2 声场计算结果 114

5.4.3 出口场点声压级频域响应计算 115

5.5 声振耦合作用对离心泵流动诱导噪声求解的影响 116

5.5.1 泵体结构有限元计算 116

5.5.2 声场计算结果 118

5.6 声场计算方案的选择 120

5.7 本章小结 121

第6章 离心泵低噪声水力优化设计 123

6.1 低噪声离心泵水力设计流程 123

6.2 模型泵设计参数和优化方法 125

6.2.1 初步设计 125

6.2.2 多目标优化方法 126

6.3 离心泵低噪声优化数值计算 129

6.3.1 计算域 129

6.3.2 流场计算 130

6.3.3 声场计算 131

6.3.4 数值计算结果 132

6.4 离心泵低噪声优化结果分析 133

6.4.1 直观分析 133

6.4.2 权矩阵优化方法分析 134

6.5 优化模型与原模型试验对比 135

6.5.1 外特性和出口流动噪声结果对比 136

6.5.2 内流场PIV试验对比 138

6.6 本章小结 144

第7章 总结与展望 146

7.1 研究总结 146

7.2 研究展望 149

参考文献 150

附录1 Wuibaut博士PIV测量的流场绝对速度分布 165

附录2 进口可视化试验结果 167

附录3 压力脉动频域测量结果 169