[发明专利]一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管，所述弯管的进口端面和出口端面均为椭圆形结构，且该进口椭圆截面参数等于其出口椭圆截面参数；弯管转向角度为90°；所述的椭圆截面离心率取值(0,1)，弯管转向半径取值范围在0.5D₁～2D₁。弯管设计方法在保持弯管过流截面面积不变的条件下，通过控制弯管截面由圆形变为椭圆形时的参数，即截面椭圆的离心率e、以及弯管的转向半径R两个参数，以仿真计算得到的流噪声声压强、压力脉动强度以及熵产为联合优化目标，对弯管进行优化迭代，找到一组最佳高效低噪声弯管设计参数，以实现能量损失少、压力脉动强度弱、噪声低的弯管应用需求。

技术领域

本发明涉及海军装备用大流量离心泵或者轴流泵所用弯管实现高效低噪声技术领域，尤其涉及一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管及设计方法。

背景技术

船用泵是船舰艇动力装置和舰船艇其他相关用泵系统的重要组成部分，船用离心泵进出口管路布置受空间的限制，大多数情况下无法进行直管布置，因此弯管被广泛的应用在充水管路系统中。但目前船用离心泵弯管普遍存在振动噪声大、能量损失大、脉动强度大等问题，尤其是军用大流量离心泵或轴流泵的弯管，产生的噪声不仅影响船舰艇内的工作人员，还影响水域中鱼类的生存，进而导致水域生态环境的破坏，还破坏船舰艇的隐蔽性。在这样的技术背景下，针对传统船用泵的弯管的不足，做出了一些技术上的改进和优化，本申请公开了一种高效低噪声弯管设计方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管及设计方法，给大流量离心泵或轴流泵用弯管的低噪声设计提供指导方向，在有限空间下实现弯管几何最少化控制参数设计的基础上，使弯管流道中流体满足无流动分离、出流速度不均匀度尽可能小的流体动力性能特征，以及能量损失少、压力脉动强度弱、噪声低的应用需求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管，其特征在于：所述弯管的进口端面和出口端面均为椭圆形结构，且该进口椭圆截面参数等于其出口椭圆截面参数；所述弯管转向角度为90°；所述的椭圆截面离心率取值(0,1)。

进一步的，所述弯管转向半径取值范围在0.5D₁～2D₁，D₁为原始弯管的截面圆直径。

一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先对弯管通过现场试验的方式对弯管进行性能及噪声特性进行测试，获得性能曲线及噪声信号；

(2)通过对噪声信号进行时、频分析获得不同流量下的声压分布以及频域特征，根据频谱特征判断噪声的影响因素；

(3)根据所述影响因素，以流噪声声压强、压力脉动强度以及熵产联合优化目标进行综合考虑，在保证其性能要求的基础上，对截面椭圆的离心率e、以及弯管的转向半径R两个参数设计多组双因素优选试验进行改进；

(4)通过对内部流场进行三维建模和网格划分建立弯管数值计算模型，对弯管内流场进行仿真计算，通过熵产分析能量损失情况，确定其参数是否符合要求；

(5)通过非定常计算获得不同流量下弯管内压力脉动特性，分析其脉动主要成分，脉动强度是否符合要求；

(6)基于弯管瞬态流场计算，通过建立弯管声场分析模型，获得弯管的内声场和外声场特性，判断弯管的远场噪声是否得到改善；

(7)验证改进效果，找出能量损失、压力脉动和噪声表现都优于原设计方案的新参数方案，通过三维造型得到实体结构图，并进行加工制造；