[发明专利]一种用于降噪的离心泵仿生扭曲叶片凹坑布置方法及叶片

说明书

本发明一种用于降噪的离心泵仿生扭曲叶片凹坑布置方法及叶片，选择仿生原型；确定仿生区域：将仿生凹坑的起始位置布置在叶片工作面出口，仿生凹坑的终止位置布置在光滑叶片的流体分离线区域；确定仿生凹坑的直径和间距：通过选取的仿生体表面面积与仿生叶片仿生区域的面积的比值作为参照，确定仿生凹坑直径、间距范围，再确定凹坑直径、凹坑间距的具体数值；布置仿生凹坑：确定仿生凹坑布置方式，采用矩形顺排阵列布置，将凹坑以组为单位依次布置。相较于以往布置方式，本发明降噪效果更好，更适用扭曲叶片复杂的流动情况。

技术领域

本发明属于流体机械领域，尤其涉及一种用于降噪的离心泵仿生扭曲叶片凹坑布置方法及叶片。

背景技术

离心泵是一种典型的叶片式流体机械，在人们日常生活与生产实践中有着广泛的应用。流动噪声是离心泵产生的主要噪声之一，严重影响人们的听力与身体健康。流动噪声的产生与离心泵叶片和流体强烈的相互租用形成的压力脉动有关，目前对于减小流动噪声的部分研究集中在叶片非光滑表面仿生上。

现有研究表明，在叶片上布置仿生凹坑结构可以有效的减小凹坑布置附近的速度梯度，并抑制近壁流体从层流向湍流的转捩，改变流动结构，从而达到降噪效果。目前凹坑仿生结构的布置方法主要是在圆柱叶片上采用径向间距与轴向间距以及投影方法，但这种方法难以在叶片结构复杂的扭曲叶片上使用，且现有布置凹坑仿生结构的目的多为减阻，缺少对离心泵叶片流动噪声的研究。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于降噪的离心泵仿生扭曲叶片凹坑布置方法及叶片，选用体表带有凹坑结构的蜣螂作为仿生原型，仿生凹坑的起始位置布置在叶片工作面出口，终止位置布置在光滑叶片的流体分离线区域，并将光滑叶片表面流场变化较小的区域作为一组布置相同直径的凹坑，以此减小布置难度。基于选取的仿生体表面积与叶片仿生区域的面积的比值作为参照，确定仿生凹坑直径、间距范围，并且考虑到叶轮内实际流动特征沿流向不断改变，提出适用于扭曲叶片的凹坑布置方式来布置凹坑。相较于以往布置方式，本发明降噪效果更好，更适用扭曲叶片复杂的流动情况。

一种用于降噪的离心泵仿生扭曲叶片凹坑布置方法，包括以下步骤：

选择仿生原型；

确定仿生区域：将仿生凹坑的起始位置布置在叶片工作面出口，仿生凹坑的终止位置布置在光滑叶片的流体分离线区域；

确定仿生凹坑的直径和间距：通过选取的仿生体表面面积与仿生叶片仿生区域的面积的比值作为参照，确定仿生凹坑直径、间距范围，再确定凹坑直径、凹坑间距的具体数值；

布置仿生凹坑：确定仿生凹坑布置方式，采用矩形顺排阵列布置，将凹坑以组为单位依次布置。

上述方案中，所述选择仿生原型步骤中，选用体表带有凹坑结构的蜣螂作为仿生原型。

上述方案中，所述确定仿生区域步骤中，所述分离线为叶片流体的分离点作为基点沿叶片工作面展向延伸形成的。

上述方案中，所述确定仿生凹坑的直径和间距的步骤中，凹坑直径、凹坑间距的具体数值的确定具体为：

仿生凹坑结构在流向上均分为n组，同组内的变量值保持相同，每组凹坑直径沿叶片出口到叶片流体分离线分别为d₁，d₂，d₃…d_n，d₁＜d₂＜d₃…＜d_n，取每组展向宽度的平均值为凹坑直径由公式确定，并将间距转换为无量纲参数：u为横向间距，v为纵向间距。

进一步的，所述无量纲参数：

上述方案中，所述布置仿生凹坑的步骤中，确定仿生凹坑布置方式具体为：