劉海建，徐　俊，周福昌，蘇勝利，姚伍平（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北　武漢 430064）

關(guān)于水泵進(jìn)口流場(chǎng)均勻裝置的研究

劉海建，徐俊，周福昌，蘇勝利，姚伍平
（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430064）

針對(duì)水泵進(jìn)口流場(chǎng)的不均勻性，設(shè)計(jì) 3 種流場(chǎng)均勻裝置。數(shù)值仿真和試驗(yàn)研究表明，矩形格柵式的流阻系數(shù)是導(dǎo)流體式和同心圓式均勻裝置的 3 倍以上，截面軸向速度角是影響流場(chǎng)均勻性最主要的因素，3 種流場(chǎng)裝置均能夠明顯增加進(jìn)口截面的軸向速度角。導(dǎo)流體 1D 在進(jìn)流狀態(tài)較差時(shí)，能夠有效的降低水泵出口葉頻線譜，且在水泵進(jìn)流狀態(tài)較好時(shí)無明顯惡化進(jìn)流流場(chǎng)現(xiàn)象，具有較廣的適用范圍。

均勻度；振動(dòng)；彎頭

0　引　言

一般來說大型船舶的機(jī)艙等艙室內(nèi)部空間有限，使得系統(tǒng)管路沒有足夠的空間布置，系統(tǒng)管路走向會(huì)直接影響設(shè)備的進(jìn)流狀況，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的振動(dòng)加?。? - 2］，長期如此會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。限于艙室的空間大小，通過增加水泵進(jìn)口直管段的長度，以及增大水泵進(jìn)口彎頭半徑來優(yōu)化進(jìn)流狀態(tài)是不現(xiàn)實(shí)的。

針對(duì)水泵進(jìn)口流場(chǎng)惡化導(dǎo)致的振動(dòng)加劇問題，通常有優(yōu)化進(jìn)口流道和添加流場(chǎng)均勻設(shè)備等辦法。有很多文獻(xiàn)對(duì)泵站的進(jìn)口流道造型曲線［3］開展了研究，合理的型線設(shè)計(jì)可以提高水泵進(jìn)口流場(chǎng)的均勻度，防止水泵發(fā)生氣蝕。有部分研究在彎頭內(nèi)部轉(zhuǎn)彎半徑方向添加導(dǎo)流葉片［4］，用于引導(dǎo)流體通過彎頭時(shí)的流場(chǎng)，減弱漩渦區(qū)域范圍和強(qiáng)度，抑制脫落渦的生成。

對(duì)于流場(chǎng)均勻性的評(píng)價(jià)，相關(guān)的研究主要集中在水洞和風(fēng)洞設(shè)計(jì)上，對(duì)于流場(chǎng)品質(zhì)的考察主要體現(xiàn)在流速不均勻度、流場(chǎng)平均速度角、壓力不均勻度等方面［3 - 5］。陸林廣［6 - 9］在研究水泵進(jìn)口流道造型時(shí)，提出了進(jìn)口流道優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，主要包括流速分布均勻度和水流入泵平均角度。我國航空領(lǐng)域?qū)τ趯?duì)風(fēng)洞的品質(zhì)有更為嚴(yán)格的要求，GJB 1179A-2012《低速風(fēng)洞和高速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)要求》［10］中明確規(guī)定了高低速風(fēng)洞的湍流度［11］、軸向靜壓梯度、動(dòng)壓穩(wěn)定性等性能參數(shù)值范圍。

本文選取水泵進(jìn)口段彎頭流場(chǎng)作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了 3 種流場(chǎng)均勻裝置安裝于水泵進(jìn)口管段，分別對(duì)其開展數(shù)值仿真計(jì)算和試驗(yàn)研究，獲取不同流場(chǎng)均勻裝置的流阻系統(tǒng)、速度場(chǎng)、方向場(chǎng)的分布，并對(duì)安裝不同流場(chǎng)均勻裝置后水泵的振動(dòng)及噪聲進(jìn)行分析。

1　流場(chǎng)均勻裝置模型

本文的主要研究對(duì)象為安裝在水泵進(jìn)口位置管道內(nèi)的流場(chǎng)均勻裝置，其工作介質(zhì)為水，主要用于改善泵入口流場(chǎng)，進(jìn)而降低泵的振動(dòng)及輻射噪聲。流場(chǎng)均勻裝置的初始設(shè)計(jì)方案分別對(duì)應(yīng)矩形格柵、導(dǎo)流錐體、同心圓 3 種方案，長度分別為 0.5、1 倍的管道通徑 d。

圖 1　流場(chǎng)均勻裝置Fig. 1　The rectifer of flow field

2　數(shù)值仿真計(jì)算

2.1數(shù)值計(jì)算模型

為了真實(shí)模擬水流通過水泵前彎頭的流場(chǎng)紊亂狀況，按照實(shí)際水泵管路布置進(jìn)行建模，計(jì)算管道模型三維布置如圖 2 所示。本文重點(diǎn)關(guān)注水泵進(jìn)口流場(chǎng)的均勻效果，只針對(duì)進(jìn)口管路裝置進(jìn)行數(shù)值模擬，不考慮閥門開啟狀態(tài)。其中泵進(jìn)口彎頭半徑為 1D，進(jìn)口遠(yuǎn)端彎頭半徑為 2D，在均勻裝置出口位置段上即水泵進(jìn)口位置處設(shè)置監(jiān)控點(diǎn) M、出口評(píng)價(jià)平面 S2和進(jìn)口評(píng)價(jià)平面 S1，平面 S1和 S2離進(jìn)出口距離均為 0.5 m。

為了降低不同的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)尺度對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的影響，對(duì)管道模型不同段進(jìn)行分區(qū)處理，將數(shù)值計(jì)算模型劃分如圖 2 所示，其中 A、C 部分為圓管段，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；B 區(qū)為流場(chǎng)均勻化裝置段，考慮到均勻化裝置格柵的微小結(jié)構(gòu)，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，在其壁面添加附面層進(jìn)行加密。在進(jìn)行不同均勻化裝置及不同閥門開度模型計(jì)算時(shí)，只需更換 B 區(qū)網(wǎng)格，所有模型數(shù)值計(jì)算時(shí)采用相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)格，網(wǎng)格量統(tǒng)計(jì)如表 1 所示。

圖 2　數(shù)值計(jì)算模型及網(wǎng)格Fig. 2　The geometry of the rectifer and the gird

表 1　不同均勻化裝置模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格量Tab. 1　The grids number of the different rectfiers

采用 Fluent 商用軟件作為數(shù)值計(jì)算求解器，利用interface 作為不同塊之間的交界面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和處理。進(jìn)口邊界條件給定為流量，進(jìn)口速度方向給定為normal to boundary，軟件根據(jù)實(shí)際計(jì)算情況自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)口速度方向；出口給定大氣壓。采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε 兩方程湍流模型和 SIMPLE 算法，近壁面處理采用標(biāo)準(zhǔn)的壁面函數(shù)，其他給定為壁面邊界條件。壓力采用二階離散，動(dòng)量方程、k 方程、ε 方程均采用二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，保證計(jì)算精度。詳細(xì)的數(shù)值模擬工況如表 2所示，對(duì)應(yīng)水泵不同的轉(zhuǎn)速工況，共 6 × 7 = 42 組計(jì)算文件。

表 2　數(shù)值模擬工況表Tab. 2　The conditions of numerical simulation

在數(shù)值計(jì)算中分別對(duì)出口平面的面積加權(quán)平均速度進(jìn)行了監(jiān)控，同時(shí)對(duì)出口段內(nèi)點(diǎn) M 的壓力和速度進(jìn)行了監(jiān)控。以直管，流量為 250 t/h 為基礎(chǔ)算例，它的Fluent 數(shù)值計(jì)算殘差收斂曲線以及 M 點(diǎn)壓力速度監(jiān)控曲線如圖 3 所示。通過殘差收斂曲線以及監(jiān)控點(diǎn)的壓力速度曲線可以得到，在數(shù)值計(jì)算進(jìn)行到 1 500 步以后各分量殘差以及監(jiān)控點(diǎn)的壓力速度均保持不變，監(jiān)控點(diǎn)的表壓保持在 89.5 Pa，速度保持在 2.17 m/s，視為數(shù)值計(jì)算結(jié)果收斂，其它算例保持相同的設(shè)置，收斂情況相同。

2.2流場(chǎng)均勻裝置水力特性

將流場(chǎng)均勻化裝置安裝在管道中，會(huì)增加流道的阻力。評(píng)價(jià)均勻化裝置的水力性能用阻力系數(shù) λ 來表示，其定義如下式：

式中：ΔPt，ΔPg，ΔPi分別為計(jì)算模型總壓差、管路總壓差，及均勻流裝置總壓差；0.5 pU2為通道截面平均動(dòng)壓。在模型計(jì)算阻力系數(shù)時(shí)選取 S1、S2截面做對(duì)比參考，并減去相同流量下直管的管道阻力損失，即為流場(chǎng)均勻裝置的流阻，參考式（2）。

圖 3　數(shù)值計(jì)算收斂曲線Fig. 3　The convergence curves of numerical simulation

圖 4　流場(chǎng)均勻裝置阻力系數(shù)與流量關(guān)系圖Fig. 4　The relationship between the flow rate with the resistance coefficent for different rectfiers

圖 4 給出了不同流場(chǎng)均勻裝置阻力系數(shù)與流量的關(guān)系圖?？梢钥闯觯S著流量的增加（流速的增大），均勻裝置的阻力系數(shù)逐漸降低。同心圓 0.5D 的阻力系數(shù)在所有工況下最小，網(wǎng)格 1D 最大。計(jì)算流場(chǎng)均勻裝置各工況下平均阻力系數(shù)，同心圓 0.5D 的阻力系數(shù)約為網(wǎng)格 1D 阻力系數(shù)的 13%。流場(chǎng)均勻裝置流阻系數(shù)由大到小排序?yàn)椋壕W(wǎng)格 1D＞網(wǎng)格 0.5D＞導(dǎo)流體 1D＞同心圓 1D＞導(dǎo)流體 0.5D＞同心圓 0.5D。流場(chǎng)均勻裝置網(wǎng)格 0.5D 和網(wǎng)格 1D 的阻力系數(shù)至少為其它流場(chǎng)均勻裝置的 3.4 倍。

2.3流場(chǎng)不均勻性分析

參考水洞、風(fēng)洞等文獻(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流場(chǎng)品質(zhì)的要求，本文主要選取速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行流場(chǎng)均勻性分析，分別對(duì)應(yīng)軸向速度不均勻度、平均軸向速度角、壓力不均勻度。

1）軸向速度不均勻度

定義軸向速度不均勻系數(shù)

式中：Q 為截面流量；u 為截面上各網(wǎng)格單元 dA 上的軸向速度；為截面的平均速度，ξu為截面的速度不均勻系數(shù)。

圖 5 給出了 S1和 S2截面的軸向速度不均勻系數(shù)與流量關(guān)系，通過對(duì)比分析可知：1）所有的流場(chǎng)均勻裝置幾乎具有相同的進(jìn)口軸向速度分布；2）出口截面 S2流場(chǎng)不均勻系數(shù)排序分別為導(dǎo)流體 1D＞導(dǎo)流體 0.5D＞同心圓 1D＞同心圓 0.5D＞網(wǎng)格 0.5D＞網(wǎng)格 1D＞直管。

圖 5　均勻裝置的軸向速度不均勻系數(shù)與流量關(guān)系Fig. 5　The relationship between the flow rate with the uniformity of the axial velocity for different rectfiers

圖 6 選出部分流場(chǎng)均勻裝置進(jìn)出口速度分布云圖，對(duì)應(yīng)泵的流量為 250 t/h。選取截面分別位于距離流場(chǎng)均勻裝置進(jìn)口 0.5D，距離均勻裝置出口 0.5D，1D，1.5D，2D，2.5D。在沒有布置流場(chǎng)均勻裝置的情況下，靠近彎頭內(nèi)壁出的速度較小，靠近彎頭外側(cè)的速度較大，形成了流場(chǎng)高低速分布的差異性，經(jīng)過3倍通徑長度的直管段整流，截面的流速分布均勻性仍然較差。

圖 6　均勻裝置進(jìn)出口的速度分布云圖Fig. 6　The colormap of velocity at the inlet and outlet of rectfiers

在添加了流場(chǎng)均勻裝置以后，對(duì)于流場(chǎng)均勻裝置進(jìn)口速度分布幾乎沒有影響，主要的差異體現(xiàn)在經(jīng)過流場(chǎng)均勻裝置以后速度場(chǎng)的分布。

對(duì)于網(wǎng)格式的流場(chǎng)均勻裝置，其將流道劃分為多個(gè)蜂窩型的狹長流道，最大程度上破壞了原有渦系結(jié)構(gòu)，經(jīng)過狹長流道的整流作用，在到達(dá)流道出口位置時(shí)內(nèi)部整流已經(jīng)初步達(dá)到均勻。在出口位置由于流道截面積的增加，不同細(xì)小流道之間的流場(chǎng)二次混合，且出口流速較高；后經(jīng)過直管段的整流作用，不同網(wǎng)格流道間的差異性逐漸減小。

導(dǎo)流體 1D 分別從周向和徑向?qū)⒘鞯绖澐譃閹讉€(gè)區(qū)間，流體在進(jìn)入均勻裝置以后，軸向上流道由窄逐漸變寬，在流出均勻裝置的過程中流動(dòng)損失要小于網(wǎng)格1D，出口流場(chǎng)經(jīng)過直管段的整流后，原有速度場(chǎng)在徑向上的分布要優(yōu)于網(wǎng)格 1D。

流場(chǎng)均勻裝置同心圓 1D 在徑向上劃分為 2 部分，均勻裝置的中心部分為圓柱，流體通過同心圓 1D 以后在徑向上明顯被劃分為 3 部分，且 3 部分通過 3 倍通徑長度的直管段整流后分層現(xiàn)象仍然明顯，尤其是對(duì)于低流速分布的整流效果較差。

圖 7　軸向速度角定義Fig. 7　The definition of the axial velocity angle

2）軸向速度角分析

對(duì)截面軸向速度角以及截面平均速度角定義如下：

式中：Ai為截面單元微元面積；θi為截面上各網(wǎng)格單元 dA 上的軸向速度，為截面的平均速度角。

圖 8 給出了軸向速度角與流量的關(guān)系圖。對(duì)比不同狀態(tài)下均勻裝置的軸向速度角分布可以得出：

1）安裝不同的流場(chǎng)均勻裝置后，進(jìn)口 S1平面的軸向速度角幾乎保持不變，且隨著流速的增加，平均速度角微弱增加；

2）隨著流量/流速的增加，流場(chǎng)均勻裝置后的 S2截面平均軸向速度角微降；對(duì)比直管段，流場(chǎng)均勻裝置都能夠明顯的改善流體軸向速度角，各流場(chǎng)均勻裝置間差距較小，最大相差只有 0.8°，水流經(jīng)流場(chǎng)均勻裝置整流以后至少提高了 2.5°，流場(chǎng)均勻能夠顯著提高平均速度角；

3）軸向速度角總體變化規(guī)律為：網(wǎng)格 0.5D＞同心圓 1D＞網(wǎng)格 1D＞導(dǎo)流體 1D＞同心圓 0.5D＞導(dǎo)流體0.5D＞直管。

3）壓力場(chǎng)不均勻度分析

圖 8　均勻裝置的軸向速度角度與流量關(guān)系Fig. 8　The relaiton between the axial velocity angle with the flow coefficent

定義截面壓力不均勻系數(shù)為：

式中：S 為截面面積；p 為截面上各網(wǎng)格單元 dA 上的平均壓力；為截面的平均壓力。

圖 9 給出了流量與 S1及 S2截面壓力不均勻系數(shù)與流量的關(guān)系。通過對(duì)比可知：

1）對(duì)于所有的流量工況，S1截面的壓力不均勻度都小于 1‰，不同流場(chǎng)均勻裝置的進(jìn)口狀態(tài)相同，差異極?。?/p>

圖 9　均勻裝置的壓力不均勻系數(shù)與流量關(guān)系Fig. 9　The relaiton between the pressure uniformity with the flow coefficent

2）隨著流量的增加（流速增加），S2截面的流場(chǎng)不均勻系數(shù)逐漸加大；

3）當(dāng)不添加流場(chǎng)均勻裝置時(shí)，其直管段 S2截面的流場(chǎng)不均勻系數(shù)最大，所有的流場(chǎng)均勻裝置都能夠有效提高壓力均勻分布；

4）對(duì)比不同均勻裝置 S2的，流場(chǎng)均勻裝置的壓力均勻效果排序?yàn)椋壕W(wǎng)格 0.5D＞網(wǎng)格 1D＞同心圓 1D＞同心圓 0.5D＞導(dǎo)流體 1D＞導(dǎo)流體 0.5D＞直管。

3　試驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析

本文選取大型船舶的水泵附近管路作為研究對(duì)象，搭建試驗(yàn)臺(tái)架，通過變化進(jìn)口閥門開度獲得不同均勻性的進(jìn)口流場(chǎng)，用于測(cè)試流場(chǎng)均勻裝置在不同進(jìn)流條件下的均勻效果，選取水泵出口端葉頻線譜值作為最終評(píng)價(jià)參數(shù)。

3.1試驗(yàn)臺(tái)架組成

流場(chǎng)均勻裝置的試驗(yàn)臺(tái)架如圖 10 所示，主要由水泵、截止止回閥、進(jìn)口閥、測(cè)試段、流場(chǎng)均勻裝置、進(jìn)口彎頭組成；其中流場(chǎng)均勻裝置安裝于水泵進(jìn)口位置，測(cè)試管段位于水泵出口下游，通過調(diào)整進(jìn)口閥開度實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)流條件的控制。測(cè)試針對(duì)不同流場(chǎng)均勻裝置，分別對(duì)應(yīng)水泵轉(zhuǎn)速 1（高轉(zhuǎn)速）、轉(zhuǎn)速 2（低轉(zhuǎn)速）兩個(gè)轉(zhuǎn)速狀態(tài)，對(duì)應(yīng)進(jìn)口閥 90，60，30°三個(gè)開度狀態(tài)。

圖 10　流場(chǎng)均勻裝置測(cè)試布置圖Fig. 10　The test rig of the rectfier

3.2試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)和工況

試驗(yàn)為流場(chǎng)均勻裝置測(cè)試，每次測(cè)試時(shí)分別測(cè)試3 個(gè)進(jìn)口閥門開度。固定泵進(jìn)口彎頭為 1D 彎頭，保持其他管路安裝狀態(tài)不變，更換流場(chǎng)均勻裝置進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試工況如表 3 所示。

3.3測(cè)試結(jié)果分析

圖 11 給出了泵在轉(zhuǎn)速 1 時(shí)，測(cè)試段對(duì)應(yīng)的不同流場(chǎng)均勻裝置流噪聲測(cè)試結(jié)果。由圖可知：

表 3　流場(chǎng)均勻裝置測(cè)試工況表Tab. 3　The condition of experiments

圖 11　泵轉(zhuǎn)速葉頻值分布直方圖（轉(zhuǎn)速 1）Fig. 11　The BPF noise of the pump（No. 1）

1）在進(jìn)口閥門開度為 90°狀態(tài)下，此時(shí)泵的進(jìn)流狀態(tài)較好，直管對(duì)應(yīng)的葉頻線譜均小于其它流場(chǎng)均勻裝置。導(dǎo)流體 0.5D 和同心圓 0.5D 葉頻線譜值最大，比直管高約 2.1 dB；導(dǎo)流體 1D 對(duì)比于直管，增加值約為 1.2 dB，同心圓 1D 增加為 1.5 dB；

2）當(dāng)進(jìn)口閥門開度為 60°時(shí)，此時(shí)泵的進(jìn)流狀態(tài)相比于閥門開度為 90°出現(xiàn)了一定惡化，測(cè)試得到的直管對(duì)應(yīng)葉頻線譜值最高，所有的流場(chǎng)均勻裝置對(duì)降低葉頻線譜都開始體現(xiàn)出一定的效果；其中導(dǎo)流體 1D的葉頻線譜最小效果最佳，比直管段減低了 1.9 dB；網(wǎng)格 1D 降低了 1.3 dB；

3）當(dāng)進(jìn)口閥開度為 30°時(shí)，此時(shí)泵的進(jìn)流狀態(tài)急劇惡化，所有流場(chǎng)均勻裝置都有較好的降噪效果，至少有 5 dB 的降噪效果，其中同心圓 1D 的降低效果最明顯，達(dá)到了 7.6 dB。

圖 12 給出了泵在轉(zhuǎn)速 2 時(shí)，測(cè)試段對(duì)應(yīng)的不同流場(chǎng)均勻裝置流噪聲測(cè)試結(jié)果。由圖可知：

1）當(dāng)進(jìn)口閥開度為 90°時(shí)，此時(shí)泵的進(jìn)流狀態(tài)較好，導(dǎo)流體 1D 降低泵葉頻線譜值最佳，達(dá)到了 3 dB；同心圓 0.5D 也有 0.8 dB 的葉頻降低效果；其他的流場(chǎng)均勻裝置的葉頻線譜值均大于直管段；

2）當(dāng)進(jìn)口閥開度為 60°時(shí)，此時(shí)泵的進(jìn)流狀態(tài)相比于閥門開度 90°出現(xiàn)一定的惡化，網(wǎng)格 1D 和導(dǎo)流體1D 顯示出了比較明顯的降噪效果，其中在進(jìn)口閥60°時(shí)分別降低約 1.8 dB 和 3.1 dB；

3）當(dāng)進(jìn)口閥開度為 30°時(shí)，導(dǎo)流體 1D 的降低效果最明顯，約為 1.8 dB。

圖 12　泵轉(zhuǎn)速葉頻值分布直方圖（轉(zhuǎn)速 2）Fig. 12　The BPF noise of the pump（No. 2）

縱向?qū)Ρ葓D 11 和 圖 12 水泵在相同進(jìn)口閥門開度、不同轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的出口葉頻線譜可以得出：

1）流場(chǎng)均勻裝置的葉頻降低效果與流速、泵進(jìn)流狀態(tài)密切相關(guān)；

2）當(dāng)泵轉(zhuǎn)速較高、進(jìn)流狀態(tài)較好時(shí)，流場(chǎng)均勻裝置并不能夠很好的降低泵出口葉頻線譜；

3）當(dāng)泵進(jìn)流狀態(tài)惡化時(shí)（進(jìn)口閥門開度 30°），流場(chǎng)均勻裝置能夠有效的降低葉頻線譜值。

綜上分析可以得出：

1）當(dāng)泵轉(zhuǎn)速較高進(jìn)流狀態(tài)較好時(shí)，流場(chǎng)均勻裝置會(huì)小幅度的增加泵出口葉頻線譜；當(dāng)進(jìn)流狀態(tài)開始惡化時(shí)，流場(chǎng)均勻裝置開始顯示一定的降噪效果；當(dāng)進(jìn)流狀態(tài)大幅度惡化，流場(chǎng)均勻裝置可以大幅降低泵葉頻線譜，最低的降噪效果有 5.5 dB。

2）當(dāng)泵轉(zhuǎn)速較低時(shí)，在不同的閥門開度小，部分流場(chǎng)均勻裝置能夠有效的降低泵出口葉頻線譜，其中導(dǎo)流體 1D 能夠適應(yīng)不同的泵進(jìn)流狀態(tài)，在所有的閥門開度下都有較大的降低效果。

4　結(jié)　語

本文對(duì)不同流場(chǎng)均勻裝置對(duì)降低水泵出口葉頻效果開展了研究，對(duì)針對(duì) 3 型 6 個(gè)流場(chǎng)均勻裝置進(jìn)行了詳細(xì)數(shù)值計(jì)算，通過對(duì)比出口葉頻水聲線譜及流場(chǎng)均勻性評(píng)估參數(shù)，結(jié)論如下：

1）網(wǎng)格 1D 和網(wǎng)格 0.5D 均流裝置的流阻系數(shù)至少是設(shè)計(jì)方案的 3 倍，遠(yuǎn)大于其它均流裝置。進(jìn)口截面軸向平均速度角是影響水泵進(jìn)流狀態(tài)最關(guān)鍵的參數(shù)，在不考慮網(wǎng)格 0.5D 和網(wǎng)格 1D 的情況下，同心圓 1D、導(dǎo)流體 1D、同心圓 0.5D、導(dǎo)流體 0.5D 都具有相當(dāng)?shù)囊欢鲌?chǎng)均勻效果。根據(jù)壓力不均勻度和軸系速度不均勻度分布可知，各流場(chǎng)均勻裝置與直管之間差異極小，這 2 個(gè)參數(shù)對(duì)泵進(jìn)進(jìn)流狀態(tài)影響有限。

2）導(dǎo)流體 1D 對(duì)比直管以及其他流場(chǎng)均勻裝置，能夠適應(yīng)較寬水泵轉(zhuǎn)速及進(jìn)流狀態(tài)。泵在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)口閥門開度為 30°時(shí)導(dǎo)流體 1D 降噪效果能夠達(dá)到 5.7 dB；當(dāng)進(jìn)流狀態(tài)較好且泵位于高轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)口閥開度為 90°時(shí)，雖然沒能夠降低葉頻線譜，但其使得增加值只有 1.2 dB，具有較廣的使用范圍。

［1］袁壽其，司喬瑞，薛菲，等. 離心泵蝸殼內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的數(shù)值計(jì)算［J］. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，29（2）：93-98.

［2］李偉. 斜流泵啟動(dòng)過程瞬態(tài)非定常內(nèi)流特性及實(shí)驗(yàn)研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2012.

［3］周剛，汪家道，陳皓生，等. 小型高速水洞收縮段的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］. 船舶力學(xué)，2009，13（4）：513-521.

［4］于昌利. 循環(huán)水槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2009.

［5］李巖，王海文，郭輝. 皮托管測(cè)速技術(shù)在低速水洞流場(chǎng)校測(cè)中的應(yīng)用［J］. 實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2009，23（3）：104-107，112.

［6］張巖，汪家道，陳大融. 小型高速水洞實(shí)驗(yàn)段形狀對(duì)流場(chǎng)影響的數(shù)值模擬［J］. 潤滑與密封，2012，37（6）：9-14.

［7］陸林廣. 高性能大型低揚(yáng)程泵裝置優(yōu)化水力設(shè)計(jì)［M］. 北京：中國水利水電出版社，2013.

［8］成立，劉超，薛堅(jiān). 泵站進(jìn)出水流道優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)研究［J］. 水泵技術(shù)，2007（3）：39-42.

［9］王剛. 泵站進(jìn)、出水流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)方法研究［D］. 揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2012.

［10］低速風(fēng)洞和高速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)要求：GJB 1179A-2012［S］.

［11］陳曦，沙奕卓，呂文華. 熱線流速儀在風(fēng)洞流場(chǎng)測(cè)試中的應(yīng)用［J］. 儀器儀表學(xué)報(bào)，2011，32（12S）：356-360.

The analysis of the flow uniformity at the inlet of pump

LIU Hai-jian，XU Jun，ZHOU Fu-chang，SU Sheng-li，YAO Wu-ping
（Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）

In order to improve the uniformity of the flow field at the inlet of pump，three rectifiers have been devised and testedin this paper. The result of numerical simulation and experiment show that the flow resistance coefficient of rectangle grid rectifier is triple larger than other rectifiers，and the axial average flow angle is the most importantparameter to decide the uniformity of the flow field，andthe axial flow angle of all rectifiers has been increase in 2.5° at least. The rectifier of guide body 1D has the minimum side effect when the inflow's uniformity is fine；it has extensive scope of application.

uniformity；vibration；elbow

U664.138+1

A

1672 - 7619（2016）08 - 0079 - 07

10.3404/j.issn.1672 - 7619.2016.08.017

2016 - 05 - 13；

2016 - 06 - 02

劉海建（1984 - ），男，工程師，研究方向?yàn)槿~輪機(jī)械振動(dòng)噪聲。