[发明专利]一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法

权利要求书

1.一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于，步骤如下：

(1)试验测量离心泵的能量性能和振动特性，得到不同流量下离心泵的扬程、功率、效率和叶频处振动速度的试验值；

(2)采用Smagorinsky涡粘模型，将大涡模拟LES亚格子模型引入多弛豫时间格子Boltzmann方法LBM中，建立LES/LBM模型，同时基于LES/LBM模型对离心泵内部流动进行数值计算，计算得出离心泵的能量性能；

(3)基于模态响应对流体激励动载荷下离心泵的振动进行计算，分析离心泵叶频处振动速度的计算值与试验值之间的相对误差；

(4)采用直接边界元法DBEM对离心泵内流动诱导噪声进行数值计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：步骤(1)试验测量离心泵的能量性能和振动特性，得到不同流量下离心泵的扬程、功率、效率和叶频处振动速度的试验值，具体步骤如下：

(A)试验前，对离心泵进口压力变送器、出口压力变送器和振动传感器校零；

(B)当离心泵在不同流量下平稳运行后，采用电测法或扭矩法测量，同时采集离心泵流量、转速、进口压力、出口压力、功率、和振动数据，并得到不同流量下离心泵的扬程、功率、效率和叶频处振动速度的试验值。

3.根据权利要求1所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：步骤(2)将LES亚格子模型引入LBM中，建立LES/LBM模型，同时基于LES/LBM模型对离心泵内部流动进行数值计算，并计算得出离心泵的能量性能，具体步骤如下：

(A)采用Smagorinsky涡粘模型，将LES亚格子模型引入多弛豫时间LBM中，建立LES/LBM模型；

(B)基于LES/LBM模型对离心泵内部流动进行数值计算，并计算不同流量下离心泵的能量性能；

(C)基于试验得到的能量性能，对计算值进行误差分析；若扬程和效率的计算值与试验值之间的相对误差大于计算精度ε₁，则改变多弛豫时间LBM中的弛豫时间，直至计算值与试验值之间的差值小于或等于ε₁。

4.根据权利要求3所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：所述的计算精度ε₁＝0.02。

5.根据权利要求1所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：步骤(3)基于模态响应对流体激励动载荷下离心泵的振动进行计算，分析离心泵叶频处振动速度的计算值与试验值之间的相对误差的具体步骤如下：

(A)建立离心泵结构体模型，提取流体表面压力分布时域信息，采用插值搜索算法，将压力分布数据映射到结构体上，作为离心泵振动计算的激励源条件；

(B)根据离心泵实际试验情况，定义相应的泵体约束，根据结构动力学分析方程，基于有限元法对流体激励动载荷下离心泵振动响应进行计算；

(C)基于试验得到的振动结果，比较步骤(B)得出的计算结果与步骤(1)得出的试验结果的振动频谱趋势、振动速度水平及主要特征频率，对计算值进行误差分析；若离心泵叶频处振动速度的计算值与试验值之间的相对误差大于计算精度ε₂，则改变插值搜索算法中的权指数，直至计算值与试验值之间的差值小于或等于ε₂。

6.根据权利要求5所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：所述的计算精度ε₂＝0.05。

7.根据权利要求1所述的一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法，其特征在于：步骤(4)所述的采用DBEM对离心泵内流动诱导噪声进行数值计算的具体步骤如下：

(A)提取离心泵内部流场计算输出的流体壁面压力脉动数据，经FFT变换后作为激励声源；

(B)基于DBEM建立离心泵声学计算模型，其中边界元网格尺寸L必须满足c为流体中声速，f为计算频率；

(C)采用数据转移方式实现离心泵内部流场和声场之间的数据交换；

(D)考虑离心泵泵体的声散射效果，并以离心泵内流体表面作为声学计算边界，采用DBEM方法对封闭声场求解，分析离心泵内流动诱导噪声特性。