[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

说明书

技术领域

本发明属于流体机械工程领域，特指一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法。

背景技术

当今社会，噪声污染已经成为世界三大污染之一，它严重影响了人类的身体状况和精神状态。因此，如何有效减噪已经成为提升生活质量的急切需求。作为重要的输送流体和转换能量装置，离心泵广泛应用于国民经济的各个领域，其在运行过程中产生的振动和噪声过大问题受到密切关注。在环境标准日益严格的背景下，如何精确地计算离心泵内流动诱导噪声，降低其对环境的声污染，已经成为当前研究的重点与难点之一。

目前，噪声数值计算方法已经广泛应用于各个领域，如中国专利文献记载的汽车交流发电机噪声模拟计算方法【申请号：201410662710.0；公布号：CN104361174A】采用有限体积法计算固定转速下发电机的瞬态过程，利用数值模拟计算方法分析主要噪声源的辐射噪声特性，从而对交流发电机进行降噪优化设计，但是其方法存在一定的局限性，并不适用于离心泵内场噪声计算；一种离心泵内流诱导噪声数值预测方法【申请号：201310503029.7；公布号：CN103631989A】采用有限元法和大涡模拟相结合的方法对离心泵内流诱导噪声进行预测，但此方法计算获得的流场计算结果与试验结果偏差较大，基于此得出的声场预测结果可信度不足，并不能准确反映离心泵内流噪声特性；文献《离心泵内流诱导噪声的数值预测》提出一种离心泵内流诱导噪声的计算方法，并考虑了声固耦合作用，但此方法忽略了旋转偶极子声源对声场的影响，计算的声场只在叶频及倍频处有效。尽管离心泵内场噪声预测方面已有相关研究，但是上述文献均没有细致描述离心泵流场特征，基于流场计算结果得到的声场计算结果与实际试验值误差较大。可见，如何准确地模拟离心泵内部瞬态流场并进一步对离心泵内流动诱导噪声进行预测具有重要意义。

为此，本发明主要针对离心泵内流动诱导噪声特性进行研究，旨在为低振低噪离心泵设计提供一定的参考。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于LES/LBM的离心泵内流动诱导噪声数值计算方法。采用外特性和振动试验、LES-LBM模型和DBEM方法来求解离心泵内部声场分布，从而分析离心泵内流动诱导噪声特性。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

根据扬程和效率的试验值，建立LES-LBM模型并进行流场计算，找出合适的LBM中弛豫时间，以满足不同流量下离心泵数值计算值与试验值之间的误差ε₁≤0.02。选择合适的插值搜索算法中权指数，以满足离心泵叶频处振动速度计算值与试验值之间的误差ε₂≤0.05，验证离心泵内流动诱导噪声数值计算方法的可行性，并采用DBEM方法求解离心泵内部声场分布。

其具体步骤如下：

(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。

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。

(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，并计算不同流量下离心泵的能量性能。

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。

所述的计算精度ε₁＝0.02。

(3)建立离心泵结构体模型，提取流体外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；

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行计算；

基于试验得到的振动结果，比较计算结果与步骤(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。