管道泵及其出口直管流動噪聲的數(shù)值模擬研究.pdf

1、管道泵具有結構簡單，占地面積小，安裝維修方便等特點，在船舶運輸、城鄉(xiāng)給排水以及石油化工等方面得到了廣泛的應用。本文以浙江某企業(yè)LPP100-390型立式管道泵為研究對象，基于計算流體力學、Lighthill聲比擬理論和模態(tài)分析等理論，對管道泵的內(nèi)部流動和出口直管的聲-固耦合進行求解和分析。本文的主要研究內(nèi)容有：
　　1.采用數(shù)值模擬軟件ANSYS-CFD對管道泵不同流量的內(nèi)部流場進行數(shù)值計算，分析了泵內(nèi)部壓力場分布和渦量分布。同時

2、，將外特性模擬結果與試驗值進行對比，結果顯示兩者基本吻合，從而證明了數(shù)值模擬方法的準確性與可靠性。
　　2.在定常數(shù)值模擬計算的基礎上，對管道泵進行非定常數(shù)值模擬計算，分析泵內(nèi)部監(jiān)測點的壓力脈動情況，并利用聲學軟件LMS Virtual. Lab中的Acoustic模塊對蝸殼內(nèi)聲場的分布情況進行研究。結果表明：壓力脈動峰值主要集中在葉頻及其倍頻處；由于葉輪與蝸殼隔舌動靜干涉作用，隔舌附近處的壓力脈動現(xiàn)象最為明顯；從葉輪進口至出口位

3、置，聲壓貢獻逐漸變大；蝸殼出口和隔舌附近的聲壓級較高，聲壓級隨著頻率的增加而降低，在葉頻時聲壓級達到最大值。
　　3.利用數(shù)值模擬軟件Workbench對管道泵出口直管進行模態(tài)分析，同時分析了其模態(tài)振型和固有頻率，結果表明：出口直管的低階固有頻率與流體的壓力脈動頻率接近，容易發(fā)生共振，需要加以防范。
　　4.對管道泵出口直管內(nèi)液柱聲模態(tài)的固有頻率進行理論計算，并繪制出相應的聲模態(tài)示意圖。再利用聲學軟件LMS Virtual.

4、 Lab對液柱進行數(shù)值模擬計算。結果顯示：聲學模態(tài)的理論計算頻率和模擬頻率近似相等，聲模態(tài)分布圖也保持一致，表明數(shù)值模擬結果的準確性；聲學模態(tài)的固有頻率和流體壓力脈動的頻率不在發(fā)生共振的范圍內(nèi)，故可以不考慮聲學共鳴的情況。
　　5.在結構模態(tài)和聲學模態(tài)的基礎上，利用LMS Virtual. Lab軟件對出口直管和液柱進行聲-固耦合分析，并對比分析耦合作用對結構模態(tài)和聲學模態(tài)的影響。同時基于聲波導管理論，計算管道內(nèi)聲波的傳播情況。結

5、果表明：聲-固耦合作用對結構模態(tài)和聲學模態(tài)分布趨勢的影響不大；聲-固耦合作用對模態(tài)的固有頻率和振幅都產(chǎn)生了影響；不同激勵頻率下聲學響應的聲壓級云圖可以由相應的多個聲學模態(tài)進行擬合。
　　本文通過CFX、Workbench和LMS Virtual. Lab對管道泵和出口直管進行數(shù)值模擬，分析了管道泵的內(nèi)部流場和蝸殼流道內(nèi)壓力脈動特性以及出口直管的結構模態(tài)、聲學模態(tài)、耦合模態(tài)和聲傳播特性。為以后管道泵或出口直管的振動噪聲分析提供了參考