[發明專利]一種離心泵流動誘導噪聲數值預測方法

有效

• 申請號: 201310503029.7
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103631989A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 衡亞光;司喬瑞;袁壽其;袁建平;洪鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種離心式旋轉機械流動誘導噪聲的數值預測方法，特別是一種離心泵內流動現象引起的水力噪聲數值預測方法。?

背景技術

近年來，噪聲污染已經成為與空氣污染和水污染并列的世界三大污染之一，影響人的身體和精神狀態。由一般機械裝置所發出的噪聲，已成為公害而受到社會的關注，很多國家都制定了不少法令和標準，提出了振動和噪聲的極限允許值。降低噪聲已成為制約產品質量的一個重要因素。?

作為重要的能量轉換裝置和流體輸送設備，離心泵廣泛地應用于國民經濟的各部門，其噪聲目前已成為工廠、泵站、潛艇、艦船和住宅小區等的主要噪聲源之一。應用在潛艇、艦船等領域的離心泵，由于聲納偵察技術的逐漸應用，對其進行機組振動噪聲的主動控制和減振降噪技術手段的研究顯得尤為重要。離心泵產生的噪聲主要分為機械和流動誘導兩個方面，隨著科技的發展，目前已在機械噪聲的主動控制、振動和噪聲的被動控制（如隔振、吸振、阻振、吸聲等）方面取得長足的進步。但是，在離心泵內部非定常流動誘導振動和噪聲產生的機理和發展規律、流動誘導振動和噪聲的主動控制技術（消振和消聲），以及低振動低噪聲離心泵的優化設計方面研究相對滯后，是目前迫切需要解決的應用基礎問題，也是離心泵減振和降噪研究的主要趨勢之一。?

由于現有的試驗手段不能完全滿足離心泵流動誘導噪聲特性研究的需要，在潛艇用離心泵流噪聲特性研究及進行低噪聲水力設計方面迫切的尋求一種可靠的離心泵流動誘導噪聲數值預測方法。離心泵流動誘導噪聲數值預測屬于氣動聲學研究的范疇。目前，氣動噪聲的數值方法有以下三種：計算氣動聲學方法（Computational?Aero-Acoustic，簡稱CAA）、萊特希爾聲類比方法（Lighthill’s?Acoustic?Analogy）以及混合計算方法（Hybrid?Method）。CAA方法是從流場納維—斯托克斯方程（N-S方程）出發，直接得到流場和聲場的統一解。但是，由于流場和聲場的特性存在極大的差異，特別是在低馬赫數下，聲場能量與渦能量、聲波波長與湍流尺度以及聲壓與流場宏觀壓力的量級差異，導致該種方法對網格尺度、計算時間及離散格式有非常高的要求（時間和空間差分格式通常要求具有?四階或六階甚至更高精度），目前很多實際的工程問題仍然不能用這種方法。萊特希爾聲類比方法以Lighthill方程為基礎，其是N-S方程的推導。聲類比方法一般只用于計算遠場噪聲輻射，對于近場噪聲的計算誤差較大，工程實踐意義不大。混合計算方法主要是利用計算流體動力學（CFD）和計算聲學（CA）對工程中的氣動噪聲進行聯合仿真計算，其本質還是萊特希爾聲類比方法。但是，由于引入了專業的聲學計算方法，因此能夠對工程中氣動噪聲做出更全面的預測。上述三種方法均在離心泵噪聲預測方面已有相關研究，但要么是通用性不強，要么是不能考慮泵體等結構對聲場的影響。文獻《離心泵流動誘導噪聲的數值預測》提出一種計算流體力學與聲學邊界元耦合的計算方法，并考慮了結構振動對聲場計算的影響，但此方法忽略了流體流動產生的四極子聲源，計算的聲場不能反映離心泵流噪聲的聲源特性，計算結果只有在主頻及其倍頻下才是有效的。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種在離心泵性能試驗的試驗結果的基礎上計算出其流噪聲的聲源特性的離心泵流動誘導噪聲數值預測方法，且該方法能夠較好地克服傳統計算方法中未考慮泵體結構對聲傳播的影響以及忽略渦流寬頻噪聲等缺點。?

本發明的技術方案：為了解決以上技術問題本發明提供了一種離心泵流動誘導噪聲數值預測方法，采用大渦模擬與聲學有限元相結合并耦合結構振動，而且在離心泵流噪聲計算過程中，采用ACTRAN?Aero-Acoustics模塊與Vibro-Acoustics聯合求解，既提取了流動載荷，又建立包含蝸殼與流體區域在內的有限元模型，無需借助結構有限元分析軟件就進行了結構噪聲與流體噪聲的一體化分析，具體包括以下步驟：?

步驟1）對模型泵做外特性試驗，取得數值計算時所需的邊界條件數據；?

步驟2）根據試驗數據設置邊界條件，對流體域建模，進行流場計算，與試驗值進行對比；?

步驟3）如果流場計算結果與試驗值不吻合，則修改邊界條件，轉到步驟2）；?

步驟4）如果流場計算結果與試驗值吻合，則建立ACTRAN聲學分析模型，將流場信息轉換為聲源項，并劃分聲學網格，聲學網格只需一個波長內至少4個節點即可；?