[发明专利]一种基于离心泵压力脉动线谱抑制的叶轮优化设计方法

说明书

本发明属于离心泵技术领域，其公开了一种基于离心泵压力脉动线谱抑制的叶轮优化设计方法，该方法主要是通过数值模拟方法获取叶轮流道的压力脉动特性和叶轮流道内部速度场，通过模态能量分解获取该压力场各阶模态P_mode和速度场各阶模态V_mode以及各阶模态对应的时间系数，再通过快速傅里叶变换得到P_mode时间系数线谱图，选取P_mode中时间系数线谱图峰值最高的模态记为P_modem，使用P_modem时间系数与各阶V_mode的时间系数进行互相关分析，对于呈现高度相关的V_mode模态进行记录，记为V_modex；针对上述选出的V_modex流场结构以抑制压力脉动为目的对叶轮进行参数设计优化。本发明能够有效地对离心泵内的压力脉动进行抑制，进而减小振动、降低噪声。

技术领域

本发明涉及流体机械、离心泵技术领域，具体涉及一种基于离心泵压力脉动线谱抑制的叶轮优化设计方法。

背景技术

在工程试验中，一些特种泵在运行过程中，不稳定的压力脉动会严重影响泵的安全稳定运行，使泵产生振动、噪声，严重时会损害泵设备，引发安全事故。因此有效抑制压力脉动和振动特性对我国工程试验具有实际意义。

泵在产生静态压力分量的同时还产生动态压力分量，也就是压力脉动，压力脉动像交流信号一样叠加在静态压力分量上。离心泵内的压力脉动是极其复杂的，对同一台泵，不同工况呈现不同性质的压力脉动，同时压力脉动是产生振动和噪声的因素之一。因此可以对泵内的压力脉动进行抑制，进而减小振动、降低噪声。

例如，现有技术CN110909422A公开了一种离心泵叶轮高效工况区范围的预测及优化方法，CN111159941A公开了一种用于汽车液力变矩器内流场瞬态数值模拟的方法，CN111400941A公开了一种叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，CN102141064A公开了一种空间过滤法建立湍流模型的构建方法。赵伟国等人研究了“离心泵叶片表面布置障碍物抑制空化的数值模拟与实验”。但现有技术中的设计方法仍然存在对离心泵叶轮的压力脉动优化方法累赘或局限、压力脉动抑制效果较差的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于离心泵压力脉动线谱抑制的叶轮优化设计方法，该方法主要是通过数值模拟方法获取叶轮流道的压力脉动特性和叶轮流道内部速度场，通过模态能量分解获取该压力场各阶模态P_mode和速度场各阶模态V_mode以及各阶模态对应的时间系数，再通过快速傅里叶变换(FFT)得到P_mode时间系数线谱图，选取P_mode中时间系数线谱图峰值最高的模态记为P_{mode m}，使用P_{mode m}时间系数与各阶V_mode的时间系数进行互相关分析，对于呈现高度相关(相关系数为±0.80～±1.00)的V_mode模态进行记录，记为V_{mode x}，其中x表示该模态的阶数；针对上述选出的V_{mode x}流场结构以抑制压力脉动为目的对叶轮进行参数设计优化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于离心泵压力脉动线谱抑制的叶轮优化设计方法，其包括以下步骤：

步骤S1：采用数值模拟方法获取速度场数据，并在叶片上设置动态监测点，获取叶轮流道的压力场数据，同时绘制压力脉动频谱图；

步骤S2：使用MATLAB软件对速度场数据和监测点获取的压力场数据进行模态能量分解，通过模态能量分解获取该压力场各阶模态P_mode和速度场各阶模态V_mode以及各阶模态对应的时间系数；