基于FE-SEA混合法的离心泵流激噪声特性研究

Noise is one of the most important issues causing negative effect on reliability of pumps for high-speed and high-power. The flow-induced noise characteristic is the basic study to solve active noise reduction. In this project, the important scientific issues existing in mixed model establishment, fluid excitation load and key parameter determination will be studied based on FE-SEA hybrid method, accompanied by modal test, pressure fluctuation measurement, and vibration and noise tests..The subsystem partition method under fluid load will be established, and the identification method for share points avoiding load distortion will be studied. The lattice model will be improved, and then the distribution laws of fluid load will be revealed. The exciting force characteristics acting on structure due to fluid load will be studied. The new model loading hydrodynamic force considering spatial characteristics of vibration mode will be established. The impact of material damping and parts’ joints on energy transfer between subsystems will be studied. The calculation method of Indirect Coupling Loss Factor will be established. .The project aims to build a calculating method based on FE-SEA for flow-induced noise in centrifugal pumps. This project will extend the theory and method of noise prediction, and provide theoretical foundation for curbing the negative impact of flow-induced noise.

噪声是制约离心泵高速化、大功率化稳定运行的关键问题之一，流激噪声特性的研究是解决主动降噪问题的基础。本项目拟基于FE-SEA混合法，辅以模态实验、压力脉动测试、振动与噪声实验，针对离心泵流激噪声特性分析中混合模型建立、流体载荷加载和混合法关键参数确定等方面存在的关键科学问题展开研究。.建立考虑流体加载效应的子系统划分方法，研究避免载荷畸变的共用节点识别方法；改进亚格子模型，揭示离心泵内流激载荷分布规律，研究流体载荷作用于结构的激励力特性，建立与子系统模态振型空间相匹配的流体载荷加载新模式；研究材料阻尼、零件连接对子系统间能量传递的影响，建立间接耦合损耗因子的精确计算方法。.本项目旨在建立基于FE-SEA的离心泵流激噪声特性计算方法，发展噪声预测理论和方法，为抑制流激噪声的不良影响提供理论依据。

流体诱发噪声涉及水动力流体载荷、结构响应和声振耦合，产生机理复杂且涉及频率范围宽。本项目的主要研究内容和成果有：（1）搭建了离心泵外特性、空化性能、高速摄影、模态、振动与噪声等多场测试平台，获得了非空化与空化条件下内场流体诱发噪声频谱特征，基于此提出了空化初生判定方法，获得了适用于空化判定的频段范围。研究表明，内场噪声2000-3000Hz频段宽频声压级相比基准上升1%具有较高精度。（2）提出了各频段子系统划分法，基于FE-SEA混合法建立了非空化与空化条件下与介质直接作用辐射噪声以及流体激励壳体振动声辐射噪声内外场的分析模型。相对于以往对内外声场同时求解的方法，该模型考虑了壳体内外介质不同的特性，在处理外场无界物理域时更具优势。（3）研究了非空化与空化条件下声振耦合特性，识别出各辐射声源的各频段频谱特征及其在总辐射噪声中的贡献。研究表明，非空化条件下，流体激励壳体振动向内辐射的流激噪声小于流体自身偶极子源产生的流动噪声；而外场情况下，流体激励壳体振动辐射的流激噪声贡献较大。随空化数的减小，叶轮偶极子内场流动噪声特征频率处声压级降低，而蜗壳偶极子流动噪声特征频率处声压级随空化数的减小先减小后增加；对于外场噪声，空化流动噪声和流激噪声声压指向性分布不同，不同空化数下蜗壳偶极子空化流激噪声声压级略大于蜗壳偶极子空化流动噪声和叶轮偶极子空化流动噪声。（4）开展了综合水力性能和噪声特性的多目标优化设计，提出了在保证性能前提下倾斜叶片和隔舌以降低同相位脉动水动力作用面积的主动控制噪声方法。研究表明，基于试验设计和响应面的水力性能和声学性能多目标优化方法可行，倾斜叶片和隔舌可以在保持原有水力性能的前提下降低整体频段的总声能。本项目共发表SCI/EI检索论文 10篇，申请发明专利5件（PCT专利2件），授权发明专利 9件，授权软件著作权2件，合作出版教材1部，获商业联合会科技进步奖 4项、镇江市科技进步奖1项。