离心泵用赫姆霍兹水消声器声学特性数值模拟

    随着离心泵在各行业领域的广泛应用，由其所引发的噪声逐渐成为了一个不可忽视的问题． 例如在潜艇的管路系统中，泵的噪声直接影响了潜艇的隐蔽性． 离心泵噪声分为机械噪声和流动诱导噪声，其中流动诱导噪声是主要噪声源［1］． 离心泵流动诱导噪声的传播途径主要分为两类，一类是沿着泵及管路的壁面向外界辐射，称为结构噪声; 另一类是沿着管路向管路系统的下游传播，称为管路传播噪声． 在离心泵流动诱导噪声的控制方法中，有主动控制方法和被动控制方法． 主动控制方法是对声源对象进行优化设计，达到降低噪声的效果; 被动控制方法是除了声源以外的某个地方添加相应的设备以达到降低噪声的效果． 文中通过在泵的出口下游安装水消声器降低某一频带范围内的噪声，因此属于被动控制．

    国内外学者对离心泵内部流场非定常数值模拟进行了很多研究，对离心泵出口压力脉动特性的研究也取得一定成果［2 －3］，但对于其控制技术的研究却鲜见报道． 赫姆霍兹消声器具有频率选择性强，消声量大，结构简单等特点． 国外 Xu M． B． 等［4］、UnnikrisN． S． 等［5］通过理论计算和试验的方法研究了不同结构的赫姆霍兹消声器的声学性能，国内对赫姆霍兹气体消声器的研究较少［6］． 对于在离心泵管路中使用赫姆霍兹水消声器的研究国内外都处于起步阶段．

    文中以某型号离心泵为研究对象，在不同工况下通过 Ansys CFX 软件对其出口压力脉动特性进行模拟，根据其特性设计出赫姆霍兹水消声器，运用声学软件 Sysnoise 对赫姆霍兹水消声器的声学特性进行仿真计算，并分析其影响规律，以降低离心泵在多工况下的管路传播噪声．

    1 一维平面波声学模型

    赫姆霍兹消声器结构简图如图 1 所示．

    当声波沿管路传播到三叉点时，由于声阻抗失配，大部分声波向声源方向反射回去，还有一部分声波由于共振系统的阻尼作用转化为热能而被吸收，从而达到消声的目的［7］． 假设在管道内轴向以平面波的形式传播，忽略主管道及共振腔内流体的黏性力，则传递损失为

    式中: lc为颈部连接管长度; Ac为连接管截面积; l为共振腔长度; Av为共振腔截面积; Ap为主管道截面积; k 为波数，，f 为声波频率．

    由式( 1) 可知，当共振腔发生共振时，传递损失达到最大值，此时应有

    若 klc1，即连接管长度较小时，式( 3) 可简化为

    若 klc1，且 kl1，即腔体及颈部长度远小于波时，式( 4) 可简化为