双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究

为深入了解双吸离心泵运行的振动噪声规律,以某一双吸式离心泵为研究对象,基于声学间接边界元法(IBEM),采用LMS Virtual-Lab分析计算平台,进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算。然后根据泵壳模态强迫振动响应计算与声学间接边界元的声学波动方程求解耦合方程,得到双吸泵在液力透平工况和泵工况下外辐射声场的声压级指向分布和声压级分布。结果表明:偶极子声源是流体噪声的主要声源;在蜗壳隔舌处非定常脉动力是主要的噪声源;叶频及其倍频是双吸泵外辐射声场噪声的主要诱导频率;泵壳发生了共振,所以声振耦合的作用不可忽略。研究揭示了双吸泵作液力透平及泵工况内部流动诱发的外辐射声场的声振耦合计算规律,为后续减振降噪研究提供了理论基础。     

离心泵作透平流体诱发外场噪声特性及贡献分析

以某离心泵作透平为研究对象,对流体诱发的外场噪声特性进行了数值计算和试验研究。在典型流量下,采用雷诺时均方法获取壁面偶极子声源,并利用FEM/AML方法求解出叶轮和壳体偶极子源作用的流动噪声,基于声振耦合法计算出流体激励结构振动产生的外场流激噪声,分析不同性质噪声源的频谱特性,同时评估外场声源在各个频段下的贡献量。借助模态试验对透平壳体结构的模态参数进行了识别。结果表明,计算与试验振型近似,固有频率平均相对误差小于4.60%。结构的影响使得外场五阶叶频处声压最高,二阶叶频处次之。壳体偶极子作用的流激噪声对外场噪声的贡献最大,其次是壳体偶极子作用的流动噪声,叶轮偶极子作用的流激噪声对外场噪声贡献最小。研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。     

多工况下多级离心泵水动力噪声数值研究

采用Lighthill声类比理论研究了多工况下五级导叶式离心泵由偶极子声源激励产生的水动力噪声。数值计算了五级离心泵内部瞬态流场,提取其全级数壁面偶极子声源,并采用直接边界元法计算泵内流体诱导噪声。对泵进行基于模态响应的振动计算,并进行振动测试,经试验验证,多级离心泵内流动诱导振动噪声数值预测方法具有一定可行性。结果表明:随流量的增大,泵的进出口水动力噪声先升高后降低再升高,设计工况噪声水平最小;声压频率分布中BPF2及其特征频率上的噪声能量随流量的增大而增强,高频段的噪声能量明显增加;首级叶轮、后四级叶轮及正导叶的叶片数对泵内流噪声影响较大,而反导叶叶片数影响相对较小。研究结果可为低噪多级离心泵设计提供参考。     

流体激励下泵喷推进器声振耦合响应数值分析

泵喷推进器由导管、转子和定子组成,它具有推进效率高的优势,但其在流体的作用下也易产生剧烈的结构振动并辐射噪声,削弱水下舰船的声隐身性能。为了解流体激励下泵喷推进器的动态特性,首先通过基于大涡模拟的计算流体力学(CFD)仿真计算,得到推进器的非稳态流场,提取泵喷推进器关键结构表面的脉动压力,并将此流体载荷作为推进器声振耦合分析的激励源;然后,建立泵喷推进器水下结构声振耦合系统的有限元/边界元模型,分析流体激励下结构的振动位移响应和辐射声场分布;最后,讨论不同进速系数对于泵喷推进器水动力性能和声振耦合响应的影响。仿真分析的结果可以为典型结构泵喷推进器的减振降噪设计提供一定的依据。     

泵喷分布式脉动压力激励下泵喷艇体耦合系统振动声辐射

针对suboff艇后泵喷推进器分布式脉动压力激励下的泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射响应计算和特性分析开展研究。建立计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型利用剪切应力输运(shear stress transfer, SST)k-ω模型进行suboff艇后泵喷推进器表面脉动压力的计算,利用耦合有限元法(finite element method, FEM)建立泵喷-轴系-艇体耦合系统动力学模型,结合自编径向基函数插值程序获得表面脉动压力在泵喷结构湿表面的空间分布,利用边界元法(boundary element method, BEM)计算泵喷-轴系-艇体耦合系统的声辐射特性。对泵喷-轴系-艇体的耦合模态特性、传递力、辐射声功率和指向性等开展分析。结果表明:声辐射以转子表面脉动压力的贡献为主;二阶轴频以上,纵向脉动压力的贡献占优;泵喷激励下,振动声辐射主要特征频率包括激励力特征线谱、艇体的纵振模态、转子同相振动模态(呼吸模态)、转子-轴系一阶纵振模态等;导管和定子脉动压力激励下振动声辐射响应峰值出现在叶频(blade passing frequency, BPF)和2倍叶频处,量级和转子表面脉动压力激励处于同一量级,但其和转子表面脉动压力共同作用时,由于相位相互抵消,响应幅值并没有显著增大。研究结果可为泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射的控制提供指导。     

空气滤清器的声振耦合特性分析及优化

利用LMS Virtual lab软件对某空气滤清器的声振耦合特性进行分析。计算空气滤清器在模拟发动机激励下,壳体结构与空气滤清器内部声腔耦合产生的辐射噪声。并分析结构模态对辐射噪声的贡献量。为提高空气滤清器的结构特性,根据分析结果,利用Hypermesh软件中的Optistruct模块对空气滤清器的壳体进行形貌优化,提出较好的优化方案。     

叶片出口梯形切割对离心泵蜗壳流激噪声影响的研究EI北大核心CSCD

为探究叶片出口梯形切割对离心泵蜗壳流激噪声的影响,以一台比转速为66的单级单吸离心泵为对象,通过定义切割宽度系数δ与径向高度系数γ,设计了9种切割方案。基于RNG k-ε湍流模型对离心泵进行全三维非定常数值模拟,在此基础上采用边界元法(boundary element method,BEM)计算内场噪声,采用结构有限元法(finite element method,FEM)耦合声学边界元方法计算外场流激噪声;分析不同切割方案下离心泵水力特性和噪声幅射特性,经试验方法验证数值计算的准确性。研究表明:动静干涉是离心泵蜗壳流激噪声产生的主要原因,合理的叶片出口梯形切割能使离心泵水力性能基本稳定的同时有效降低动静干涉强度及蜗壳流激噪声水平;声学性能最优切割方案,叶频处的进、出口监测点声压级分别下降13%和7.5%,外场噪声监测点声压级下降2.4%。     

周向后弯叶片对轴流泵噪声辐射特性的影响

采用混合模拟方法研究了叶片周向后弯对轴流泵水动力性能和噪声辐射特性的影响,计算中考虑了声场与结构振动的耦合作用,获得叶片周向后 弯角对水泵水动力性能和声场辐射特性的影响曲线。结果表明,仅通过叶轮叶片的周向后弯不能有效提高水泵的扬程和效率,但可以降低水泵向外辐射 的噪声。该结果对低噪声水泵设计具有一定的参考价值。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

球磨机旋转简体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

叶轮隔舌间隙对离心泵性能和流动噪声影响的试验研究

搭建了离心泵流动诱导噪声测试台,采用四端网络法声学测试模型,试验研究了离心泵性能和流动噪声随流量的变化规律,分析了空化发生时的流动噪声特性。通过研究不同叶轮切割量对模型泵外特性、流动噪声声压级和空化性能的影响,提出叶轮和隔舌之间的最佳间隙值。研究结果表明：在高效区运行时,模型泵进出口流动诱导噪声均随流量先减小,至效率最高工况点达到最小,然后上升;各流量下,随着空化余量的减小,模型泵进口噪声总声压级先缓慢增加,再迅速上升,达到极值后缓慢下降;随着叶轮切割量的增加,模型泵扬程跟叶轮直径的平方成正比,最高效率点向小流量工况偏移,临界空化余量变小;综和性能和流动噪声考虑,模型泵叶轮和隔舌的最佳间隙率为15%;在间隙值小于最佳值时,切割叶轮能显著降低噪声并提高模型泵的临界空化余量,并且对模型泵出口流动噪声的影响比进口明显。     

某型高压油泵壳体表面辐射噪声特性研究

采用有限元与边界元联合求解的方法对高压油泵壳体表面辐射噪声特性进行研究。利用Pro/E软件建立了高压油泵壳体三维模型,利用Abaqus软件求解其表面振动响应,把其结果作为在Virtual.Lab Acoustics软件中边界元求解辐射声场时的边界条件,并分析了对整体表面辐射噪声声功率贡献较大的部位,计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法可行性高,并为后续高压油泵结构的改进设计提供了参考。     

离心真空泵的气动设计探讨

高效率真空泵的设计技术对于工业的节能具有重要意义。根据某真空泵的设计要求,针对真空泵的工作叶轮的形式和设计点参数,分析和探讨了叶片负荷分布形式和分流叶片弦向和周向位置对性能的影响规律,在此基础上完成了该离心真空泵的气动设计。利用三维数值模拟软件对不同叶片扩压器角度情况下的性能曲线和内部流动进行计算。充分考虑真空泵内部流动的非对称性,采用了全通道计算,同时分析了真空泵的离心叶轮、叶片扩压器及蜗壳内部的流动特点。结果表明,叶片负荷分布形式和分流叶片弦向和周向位置对流量、出口气流角和效率均有较大的影响;通过改变叶片扩压器角度使得离心真空泵的特性线平移,使得离心真空泵在整个工作过程中始终工作在高效率区,达到节能的目的。     

离心泵流噪声实验研究

搭建了离心泵流噪声测试系统,并对离心泵的流噪声进行实验研究。利用水听器测量了原型叶轮和四种改型叶轮在不同转速下的流噪声,发现水 泵流噪声随着转速的增加而增加,随轮舌间隙的减小而增加。实验结果还表明,水泵下游的流噪声声压级要高于上游。观察水泵两端声压级差随转速以 及叶轮半径的变化关系,并探讨其产生的原因。     

摩托车变速箱端盖辐射噪声仿真分析

应用有限元软件Nastran与边界元软件SYSNOISE对摩托车变速箱端盖的辐射噪声进行了仿真计算分析研究,预测了外部声场辐射噪声声压,分析了声场声压与结构模态频率之间的关系,确定了辐射噪声的关键区域和频带,结果说明FEM/BEM方法是预测辐射噪声的有效方法,分析结果为我们下一步声学优化打下了基础。     

离心泵蜗壳效应数值模拟与分析

利用FLUENT软件结合有限元体积法和Navier—Stokes方程,通过数值模拟方法研究离心泵蜗壳内的二维流场情况。根据分析结果表明离心泵的蜗壳壁面随着与叶轮距离的增大,受到的冲击越小。蜗壳出口处的壁面位置会存在低压区,对离心泵的内部流场造成能量损耗。利用数值模拟的方法,对离心泵蜗壳的设计优化提供了理论依据。     

基于Hilbert-Huang变换的轴流泵流动诱导振动试验

对不同叶片角度下轴流泵站机组正常运行和开机状态进行振动试验,对比分析振动信号特征,探寻叶片角度在正常运行和开机状态下对机组振动的影响规律,为保证机组安全稳定运行提供参考。得到以下结论:正常运行工况下,随叶片角度从-8°增大到+8°,外筒体和下机架的振动幅值整体表现出逐渐升高的趋势,主轴摆度的幅值基本不变,满足无限制长期运行要求;沿来流方向监测的振动信号主要频率成分包括2.5 Hz和10 Hz;垂直来流方向及轴向的振动信号主要频率成分包括2.5 Hz,10 Hz和20 Hz,与水泵的转频2.5 Hz成倍数关系;随着叶片角度从2°增大到8°,部分测点振动峰峰值逐渐超出50μm,进入C区域,说明水泵不宜在大角度下长期持续运行。     

空调离心叶轮尾流噪声的数值预估

由于现有的计算技术限制,风机气动噪声的数值预估是非常困难的。对于单个离心叶轮,已知其最主要的气动噪声源是叶片尾缘涡脱落导致的叶片表面压力脉动。基于Lee(1993)的轴流风机尾流噪声模型,提出一种可适用于离心叶轮尾流噪声数值预估方法。它包括三项主要工作:首先利用商用CFD软件Fluent对叶轮内的三维流场进行了数值模拟,并对所得气动性能进行实验验证;然后对叶片尾缘附近的速度剖面进行分析,提取出吸力面和压力面两侧的边界层厚度;最后,根据改进的噪声预估模型对叶轮的总声压级进行数值预估,在设计工况附近所得结果与实验值相比误差小于3dB。     

拖拉机驾驶室声学特性仿真研究

利用有限元分析软件ANSYS建立FT80拖拉机驾驶室空腔模型,将模型导入声学分析软件SYS-NOISE,并在SYSNO ISE中实现了有限元法和间接边界元法的声固耦合;采用间接边界元法分析计算驾驶室的声学特性;对空腔、有座椅、有座椅及驾驶员三种模型驾驶室的耳旁声场声压进行比较;分析研究座椅和驾驶员对驾驶室内的声学贡献,证明座椅、驾驶员对拖拉机驾驶室内噪声存在一定的影响,建模时应加以考虑。