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    離心泵噪聲研究現狀及未來發展
    - 2021-09-06-

        人們很早以前就開始關注蝸殼對離心風機產生噪聲的影響,早在1963年Embleton等人就嘗試通過改變蝸舌幾何形狀的方式來降低離心風機的噪聲,例如改變蝸舌與葉片頂部的相對角度等,1976年W.Neise在確定真空清潔器噪聲源的研究中對改變蝸舌形狀的方式的來減小葉輪機械噪聲方法做了進一步總結。離心風機與離心泵同屬于葉輪機械,他們在性質上有很多相似之處,包括噪聲產生的機理,所以后來在離心泵產生噪聲的研究中,蝸殼幾何形狀也成為了研究的重點之一。

        1985年Tourret等人就測試了帶有渦殼的離心泵的噪聲并發現發生壓力脈動最嚴重的地方是離心泵的蝸舌,而結構表面的壓力脈動與結構輻射有著確定的對應關系。1992年Dong等和1993年Chu等也通過試驗研究對離心泵的蝸殼中不同部分的特征對流場的影響作了研究,這為1997年Dong改變離心泵蝸舌與葉輪的幾何尺寸來試驗研究離心泵的噪聲打下了基礎。Dong在他的研究中指出,當蝸舌與葉輪的之間的間隙較大時,離心泵中葉輪的尾跡對離心泵噪聲貢獻不顯著,唯一對離心泵噪聲有貢獻的是蝸舌的振動,而蝸舌的振動與其剛度有關。因此,要通過改變蝸殼形狀來降低離心泵結構的輻射噪聲,可以通過加大蝸舌與葉輪之間的間隙、增加蝸舌的剛度、在蝸舌處貼阻尼貼片等方式來完成。在蝸舌形狀對離心泵噪聲的重要性確定以后,Langthjem等人在2004年建立了離心泵的二維數學模型對離心泵的幾何形狀與噪聲源的關系進行了研究。雖然Langthjem的研究是基于二維數學模型的基礎之上,但他的結果符合Dong的實驗研究結果,為建立三維數學模型打下了基礎?,F在,對離心泵蝸殼形狀對噪聲的影響集中于數值模擬的研究。
        作為離心泵中核心的工作部件,葉輪以及安裝于葉輪上的葉片對離心泵噪聲的影響至關重要,對他們的研究集中于葉輪與葉片的幾何形狀、尺寸以及其表面非定常力對噪聲的影響。Embleton在研究蝸殼對離心風機噪聲影響的同時,也對不同葉輪尺寸下的噪聲進行了研究,他通過在葉片上開槽等方法來降低噪聲;1997年Dong在他的研究中也把葉輪的尺寸對離心泵噪聲的影響作為了研究的內容之一,并根據所測得的流場的數據在葉片之間安裝更短的葉片以降低噪聲;2006年耿少娟等人還通過數值方法研究了無短葉片、有長短葉片和短短葉片三種葉輪的離心泵非定常流情況下的全三維流場,以用于離心泵噪聲的研究。1991年Howe通過從流體中旋渦的角度分析得知離心泵的噪聲會由于葉片與流體旋渦耦合而間接產生,當漩蝸中心靠近葉片前緣時,耦合作用將在葉片上產生非定常力,該力引起葉片的振動而產生低頻噪聲;Langthjem、Ardizzon等人在Howe的基礎上所作的流動噪聲研究也表明,離心泵噪聲的主要成因之一就是葉輪葉片表面所受非定常力。2004年吳仁榮等人也論述了葉輪進口直徑、葉輪葉片進口安放角、葉輪葉片數、葉輪出口寬度等對離心泵噪聲的影響。

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