目的及意义

泵是一种输送液体或使液体增压的一种流体机械，它将原动机的机械能传送给泵里的液体，使液体能量增加。其中，离心泵作为泵的一种重要种类，在水利输送方面起到了重要的作用，如城市供水、电力、冶金、石油和各类机械系统中，同时离心泵也是船上的一种重要组成部分。

离心泵在工作时，由于内部结构的相互作用，泵体会产生程度不同的振动，振动会使离心泵部件的材质疲劳，进而影响其性能和寿命，严重时还会使离心泵不能正常运行。同时离心泵因振动而辐射的噪声会对我们的工作和生活环境有所影响，影响我们的健康和舒适性，特别是在我们需要休息的时候。由此可见，离心泵在工作中振动以及因振动而辐射的噪声对离心泵和人体都有危害。因此，本文的目的就是研究离心泵在正常工作中的振动情况以及其声辐射特性。减小离心泵运行时产生的振动和噪音从而改善我们的生活环境是很有意义的。

研究背景（国内外现状分析）

1.内部流场研究现状

离心泵工作时内部流场的情况十分复杂，传统的试验方法是根据离心泵的实际模型来研究它的外特性，这在设计泵的模型上无疑要花费很大的工作量。计算流体动力学（CFD）在近年来发展的很快,可以用其来进行离心泵内部流场的数值实验和计算机模拟，绘制定速特性曲线，从而进一步研究。

韩娜^[1]通过建立离心泵的模型，与CFD技术衔接，通过Fluent软件对离心泵的出口流态进行了数值模拟，发现了离心泵的出口流态分布在流量参数为0.8Q-1.2Q附近(接近额定流量)时最为均匀，随着流量参数的增加，出口流态分布变得不均匀。黄书才^[2]等采用SIMPLEC算法的CFD技术，以WDP150型船用离心泵为研究对象，对其进行了内部流场的数值模拟，发现了压水室的隔舌处的局部流速较大，且性能曲线的实验值和仿真值吻合度较高。马亚鹏^[3]通过使用Fluent软件对离心泵进行内部流场的数值模拟提出了因存在边界层的分离，小流量工况下的流动特性不如大工况下的好，且蜗壳内的流动不稳定，是一种漩涡流，流体的运动是呈螺旋式的。PEI Ji^[4]等进行周期性的瞬态模拟仿真，研究了叶轮不同半径和旋转角的湍流程度，提出了流场内的湍流程度与旋转角没有直接关系。Majidi^[5]通过模拟离心泵在非定常的情况下的内流场，发现了在叶轮和蜗壳的相互作用下，蜗舌处存在较强的压力脉动。

2.流固耦合

流固耦合是对泵在工作中的流体部分和固体部分的耦合现象的研究，国内外很多研究人员对此展开了深入研究。郭文俊^[6]通过将双向流固耦合得到的蜗壳上的压力脉动与实验数据比较，发现了它们结果接近且变化规律一致，一个周期内出现8个波峰，还发现了随着流量的变小，在叶片经过隔舌时，单叶片上的径向力发生的突变越明显。段胜秋^[7]等采用流固耦合和Kriging方法，优化设计了离心泵的叶轮，在效率提升上取得了很好的效果。张雪娇^[8]将离心泵内流场计算的结果与转子系统进行流固耦合，发现了在设计工况下，叶轮外边缘处的变形最大，并由强度校核结果分析出了应避免使离心泵在小流量工况下运行，这样可以提高其结构的可靠性，并延长使用寿命。王斌^[9]通过对转子部件进行流固耦合，得到了转子的临界速度在流固耦合的作用下得到了明显降低，且临界速度的降低与转速呈正相关的结论。GU Y^[10]等通过双向耦合，研究发现了混流泵在运行时，随着流量的增大，叶轮变形和应力都减小，并提供了解决方法来确保离心泵的安全工作。Pei J^[11]采用双向耦合方法对轴流泵进行了研究，分析了流量和压头的变化会对轴流泵叶轮边缘的变形和叶轮轮毂的等效应力产生怎样的影响。刘厚林^[12]等通过流场的非定常数值模拟进行流固耦合，对离心泵的扬程、叶轮变形、叶轮出口的压力脉动进行了分析。

3.振动与噪声