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离心泵内部流动诱导噪声的数值模拟与试验研究
摘要：离心泵作为一种重要的流体传递设备，广泛应用于各个领域，但在使用过程中往往存在噪声问题，严重影响周围环境和人们的生产和生活。本文通过数值模拟和试验研究，探讨了离心泵内部流动引起的噪声机理，并对减少离心泵噪声的方法进行了分析和讨论。结果表明，优化离心泵叶轮和静叶环结构、降低离心泵运行速度等措施可以有效地减少离心泵产生的噪声。
关键词：离心泵；流动诱导噪声；数值模拟；试验研究；减噪方法

离心泵作为一种常用的流体传递设备，具有输送流体量大、使用方便、结构简单等优点，因此广泛应用于各个领域，如水处理、供暖、空调等。然而，在使用过程中，离心泵产生的噪声问题也逐渐引起人们的关注。噪声不仅严重影响周围环境和人们的生产和生活，还会对泵体、轴承和机械密封等组件造成损伤，降低设备的可靠性和使用寿命。
离心泵产生的噪声主要来源于泵机内部的流动，包括叶轮和静叶环的流场、进口管道和出口管道的流动以及流体与泵体、泵轴之间的相互作用等。因此，对离心泵内部流动诱导噪声的数值模拟和试验研究，有助于深入了解离心泵噪声产生的机理，并提出相应的减噪方法。

数值模拟是对离心泵内部流动诱导噪声进行研究的有效手段。基于计算流体力学（CFD）方法可以对离心泵内部流动进行三维模拟，进而分析流动状态、压力脉动、涡量分布等参数对噪声产生的影响。
吴等人 (2017) 使用Fluent软件对一个工业用离心泵进行数值模拟分析，结果表明，叶轮叶片的进口边缘和出口边缘附近涡量分布不均匀，是离心泵内部噪声产生的主要原因。李等人 (2018) 采用OpenFOAM软件分析了离心泵叶片和静叶环的流场变化，结合实验数据验证了模拟结果的准确性。研究发现，优化离心泵叶轮的流线型和叶片的倾角可以有效地降低噪声。
数值模拟研究的优点是可以模拟不同工况下离心泵内部流动的变化，对于了解流动诱导噪声的机理非常有帮助。但是，数值模拟的结果具有一定的主观性，需要结合实际试验数据进行验证和修正。

离心泵内部流动诱导噪声的试验研究可以通过声学测量仪器对泵机运行时的噪声进行实时监测和分析。试验研究通常采用声强测量法、声压级测量法、声源定位等方法，获取噪声源在泵机内部的位置和强度信息。
冯等人 (2016) 采用声学测量仪器对离心泵内部噪声进行了分析，结果显示静叶环的位置和叶片倾角对泵机噪声有显著影响。赵等人 (2019) 结合声源定位技术，确定了离心泵内部噪声的主要源位置和强度，从而提出相应的减噪措施，取得了一定的效果。
试验研究的优点是可以直接获取泵机运行时的噪声信息，对于验证数值模拟结果和优化减噪方法有重要意义。但是，试验研究涉及到很多参数的变化，需要对实验设计和操作进行规范和控制。

为了减少离心泵内部流动诱导噪声，可以从以下几个方面入手：
（1）优化叶轮和静叶环结构。通过数值模拟和试验研究，对离心泵叶轮的流线型、叶片倾角、静叶环的位置等进行优化，使得流场更加均匀，降低涡量分布不均匀带来的噪声。
（2）降低离心泵运行速度。泵机的运行速度与噪声的大小成正比，因此，降低离心泵运行速度是减少噪声的有效方法。
（3）加强泵机的封闭性。通过增加隔音材料、改进密封结构等措施，减少离心泵内部噪声向周围环境的传播，降低噪声的影响。
（4）改进进出口管道结构。合理设计进出口管道的位置和角度，能够改善泵机进出口的流态，消除流体的回流和涡流现象，降低噪声的产生。

离心泵内部流动诱导噪声是离心泵使用过程中必须面对的问题。通过数值模拟和试验研究发现，离心泵的叶轮和静叶环结构、泵机运行速度等因素会对噪声产生影响。为了减少离心泵内部流动诱导噪声，可以通过优化离心泵叶轮和静叶环结构、降低泵机运行速度、加强泵机的封闭性、改进进出口管道结构等措施。