2023年第2期基于CFD/CA声比拟分析的两级离心泵流动诱导噪声数值模拟*李晨阳1柴立平1朱利凯2(1－合肥工业大学机械工程学院，合肥230009;2－中科院合肥智能机械研究所，合肥230031)摘要:针对两级离心泵的流体诱发噪声产生的复杂机理，基于Lighthill声比拟理论，采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)结合的数值模拟分析方法，研究了两级离心泵变工况下的流场特性及诱发的辐射噪声。采用SSTk-ω模型计算分析了不同工况下两级离心泵内部非稳态流场及关键区域压力脉动特性，进而采用声学有限元法(AFEM)计算离心泵内场辐射噪声的声压级变化。研究结果表明，两级离心泵压力脉动幅值从吸水室进口到叶轮出口逐渐增大，叶轮出口处的压力脉动强度最大、声压级最高，且不同工况下压力脉动的主频保持为叶频及其倍频，叶轮和蜗壳之间的动静干涉是流动诱导噪声产生的主要原因;总体声压级在低流量工况下较高，随流量增大逐渐减小，在设计工况处最小;越接近压力脉动主频，声压级的分布越离散，宽频特性越明显，压力脉动强度为流动诱导噪声产生的主要影响因素。研究结果对两级离心泵的低噪设计和水力性能改善提供理论依据和参考。关键词:两级离心泵Lighthill声比拟流动诱导噪声有限元法(AFEM)中图分类号:TH311文献标识码:A*基金项目:安徽高校协同创新项目(GXXT－2019－004);海洋微塑料原位检测关键技术研究(YZJJ202203－CX)离心泵是通过叶片旋转驱动流体的机械，广泛应用于工业、农业和航空航天等国民经济各部门［1］。然而离心泵运行中的噪声，容易在传播中引发结构共振，造成泵偏离最佳效率工况点，降低了系统运行效率，增加了能耗;同时产生的噪声成为环境污染源之一，严重影响人的身心健康。对于结构设计良好、运行稳定的离心泵而言，离心泵运行噪声中机械噪声占比较小，流动诱导噪声［2－4］在噪声总水平中占比较大。两级离心泵因其流量大、扬程高的特点逐渐被一些大型高扬程供水场合采用，而其运行时的流动诱导噪声会随管道传播，造成系统运行不稳定，影响系统运行效率。因此，对两级离心泵内部流动诱导噪声的研究在改善泵性能方面具有重要的意义。国内外学者对于泵的压力脉动和流动诱导噪声已有一定的研究成果，数值模拟是重要的技术手段。目前对于泵的内外场声学计算主要为边界元法(BEM)和有限元法(FEM)［5］。Lighthill声比拟理论［6］的创立标志着流体动力学噪声概念的诞生。TSAI等［7］对物体的内部流质噪声问题进行了研究，推导出了广义Lighthill方程。LI...
