摘要： 基于Lighthill聲比擬理論，采用混合數(shù)值模擬方法分析了流量變化對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)流致噪聲的聲壓級(jí)頻域特性和總聲壓級(jí)等的影響及其與內(nèi)流場(chǎng)的關(guān)系.研究結(jié)果表明：聲壓級(jí)主頻均為軸頻，并可見2倍軸頻的諧頻.小流量和設(shè)計(jì)流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向先下降后上升再下降，沿徑向先上升后下降，并存在葉頻及其倍頻的諧頻；大流量下，其沿流向下降，沿徑向先下降后上升，未見葉頻或其倍頻的諧頻分布.出口段靠近葉輪區(qū)域的主頻處聲壓級(jí)幅值隨流量增加上升，而遠(yuǎn)離該區(qū)域則先上升后下降；軸線附近區(qū)域的噪聲逐漸增強(qiáng).總聲壓級(jí)隨流量增加而上升；流向上，總聲壓級(jí)逐漸降低，且在大流量下噪聲衰減速度更為緩慢；徑向上，總聲壓級(jí)最高值隨著徑向區(qū)域所在的流向距離增加而逐漸靠近軸線.影響不同流量下無軸泵噴推進(jìn)器噪聲分布的主要因素是出口段靠近葉輪區(qū)域的速度梯度和2個(gè)旋渦的大小和位置.

關(guān)鍵詞： 無軸泵噴推進(jìn)器；Lighthill聲比擬理論；流致噪聲；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： S277.5; U664.34" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" 文章編號(hào)： 1674-8530（2025）02-0109-07

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.23.0136

收稿日期： 2023-07-19； 修回日期： 2023-10-21； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2025-01-13

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20250113.1339.014

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52179084；52379090）

第一作者簡(jiǎn)介： 劉厚林（1971—），男，江蘇溧水人，研究員，博士生導(dǎo)師（liuhoulin@ujs.edu.cn），主要從事現(xiàn)代泵設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用研究.

通信作者簡(jiǎn)介： 郭成宇（1998—），男，江蘇蘇州人，碩士研究生（424009340@qq.com），主要從事流體機(jī)械設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.

劉厚林，郭成宇，吳賢芳，等. 無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)流致噪聲仿真計(jì)算［J］. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2025，43（2）：109-115.

LIU Houlin， GUO Chengyu， WU Xianfang，et al. Numerical simulation on flow-induced noise in a shaftless pump-jet propulsor［J］. Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME）， 2025， 43（2）： 109-115.

Numerical simulation on flow-induced noise in a

shaftless pump-jet propulsor

LIU Houlin1， GUO Chengyu1*， WU Xianfang2， TAN Minggao1， ZHAO Yang1

（1. National Research Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China; 2. School of Energy and Power Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China）

Abstract： Based on Lighthill′s acoustic analogy theory， a hybrid numerical simulation method was used to analyze the influence of flow variation on the frequency domain characteristics of sound pressure level （SPL） and overall sound pressure level （OSPL） of flow-induced noise in shaftless pump-jet propulsor and its relationship with the internal flow field. The results indicate that the axial passing frequency （APF） is the main frequency， with a high peak at 2 APF. At small and design flow rate， the SPL at APF exhibits an initial decrease， followed by an increase， and then another decrease along the flow direction. While it shows an initial increase followed by a subsequent decrease radially， and there are blade passing frequency （BPF） and its harmonic frequencies in the frequency spectrum. However， the SPL decreases along the flow direction， and decreases first and then increases along the radial direction at large flow rates without BPF and its harmonic frequencies in the frequency spectrum. Meanwhile， as the flow rate increases， the SPL at APF near the impeller gradually increases. While for the case of distant regions， it exhibits an initial increase followed by a subsequent decrease. The OSPL is found to increase as the flow rate increases. Along the flow direction， the OSPL decreases gradually， with a lower rate of noise attenuation rate at large flow rates. The highest OSPL approaches the axis radially with the increase of the axial distance of the radial region. The velocity gradient and the variation of the two vortices in the outlet section near the impeller are the main factors affecting the noise distribution of the shaftless pump-jet propulsor at different flow rates.

Key words： shaftless pump-jet propulsor;Lighthill′s acoustic analogy theory;flow-induced noise;numerical simulation

泵噴推進(jìn)器是一種組合式水動(dòng)力推進(jìn)器，幾何外形類似于導(dǎo)管槳，主要由導(dǎo)管、旋轉(zhuǎn)葉輪和靜止導(dǎo)葉3個(gè)部分組成［1-3］.與傳統(tǒng)的有軸機(jī)械式泵噴推進(jìn)器不同，無軸泵噴推進(jìn)器的電動(dòng)機(jī)布置在周向環(huán)狀導(dǎo)管內(nèi)，采用電動(dòng)機(jī)周向驅(qū)動(dòng)［4］，具有結(jié)構(gòu)緊湊、高效率和低噪聲的特點(diǎn)［5-7］.作為一種新型推進(jìn)裝置，無軸泵噴推進(jìn)器在無人水下潛航器、潛艇和魚雷等水下航行體［8］及水面船舶［9-10］等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，成為國(guó)內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)和公司研究的熱點(diǎn).研究無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)噪聲對(duì)增強(qiáng)相關(guān)艦船的聲隱身性、提高軍用艦船戰(zhàn)時(shí)生存概率和作戰(zhàn)性能有著非常重要的意義［11-12］.

PENG等［13］試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)泵噴推進(jìn)器噪聲譜中存在豐富的低頻線譜噪聲，且多為轉(zhuǎn)子軸頻和葉頻的諧波分量.趙兵等［14］基于Proudman理論對(duì)泵噴推進(jìn)器進(jìn)行了寬帶噪聲預(yù)報(bào)，研究表明，噪聲主要來自轉(zhuǎn)子根部、葉梢和定子前緣等部分.張明宇等［15］基于DES-BEM方法對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器的水下輻射聲場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)報(bào)，結(jié)果表明，在500 Hz內(nèi)，通過疊加各單部件聲場(chǎng)得出的寬帶聲壓級(jí)與整體計(jì)算得到的結(jié)果能較好吻合.隨后該團(tuán)隊(duì)還基于RANS-BEM方法對(duì)泵噴推進(jìn)器進(jìn)行了低噪聲優(yōu)化，指出可通過適當(dāng)側(cè)斜和縱斜轉(zhuǎn)子葉片、縮短轉(zhuǎn)子葉頂弦長(zhǎng)等方法降低推進(jìn)器噪聲［16］.劉敏等［17］基于FEM方法模擬了泵噴推進(jìn)器內(nèi)外聲場(chǎng)，研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管在高頻段會(huì)改變聲場(chǎng)指向性并降低噪聲聲壓級(jí)，而低頻段則影響較小.盧丁丁等［18］基于BEM方法預(yù)報(bào)了泵噴推進(jìn)器的轉(zhuǎn)子輻射噪聲，結(jié)果表明，導(dǎo)管主要影響聲場(chǎng)的徑向特性并形成“側(cè)壁屏蔽效應(yīng)”.高丹妮等［19］基于LES-FEM/BEM方法計(jì)算了聲振耦合條件下泵噴推進(jìn)器振動(dòng)位移和輻射噪聲，結(jié)果表明，聲輻射功率和導(dǎo)管結(jié)構(gòu)均方振速的特征頻率為葉頻及其倍頻和濕模態(tài)頻率.周友明等［20］指出，適當(dāng)增加葉片側(cè)斜角度、葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速均可降低泵噴推進(jìn)器的線譜噪聲，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致寬帶噪聲有所增加.

綜上，目前對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器噪聲的研究還較少，文中基于Lighthill聲比擬理論，采用混合數(shù)值模擬方法進(jìn)行無軸泵噴推進(jìn)器聲場(chǎng)數(shù)值模擬，對(duì)比分析流量變化對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器聲壓級(jí)頻域特性和總聲壓級(jí)等的影響及其與內(nèi)流場(chǎng)的關(guān)系，為后續(xù)無軸泵噴推進(jìn)器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作提供參考.

1" 數(shù)值計(jì)算模型及方法

1.1" 數(shù)值計(jì)算模型

無軸泵噴推進(jìn)器基本參數(shù)：設(shè)計(jì)流量Qd=1 300 m3/h，揚(yáng)程Hd=6.5 m，轉(zhuǎn)速n=1 450 r/min，葉輪外徑D=300 mm，葉片數(shù)為7，葉片轂徑比rh=0.2.在出口段壁面設(shè)置1組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沿流向依次為S1，S2，S3，S4和S5，離葉輪旋轉(zhuǎn)中心所在平面距離分別為0.10，0.15，0.20，0.25和0.30 m；在S5的徑向上設(shè)置列監(jiān)測(cè)點(diǎn)，記為S51，S52和S53，其中S53位于出口段軸線上，相鄰列監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間相距0.05 m，三維模型及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示.

1.2" 流場(chǎng)網(wǎng)格劃分

采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器進(jìn)出口段水體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)葉輪水體生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，確保各部分網(wǎng)格質(zhì)量在0.2以上.為了減輕網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的負(fù)面影響，劃分了5套網(wǎng)格對(duì)無軸泵噴推進(jìn)器模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn).計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)總網(wǎng)格數(shù)增加到6 771 575時(shí)，無軸泵噴推進(jìn)器揚(yáng)程預(yù)測(cè)值的偏差在5

Symbole@@ 以內(nèi)，綜合考慮計(jì)算精度和成本，選擇該網(wǎng)格方案進(jìn)行后續(xù)計(jì)算.此時(shí)，進(jìn)口段、葉輪、出口段的網(wǎng)格數(shù)分別為1 603 444，3 033 044，2 135 087.

1.3" 數(shù)值計(jì)算方法

混合數(shù)值模擬方法將聲場(chǎng)分為聲源區(qū)和聲傳播區(qū).首先通過CFD數(shù)值模擬獲得脈動(dòng)壓力時(shí)域信息，再將脈動(dòng)壓力轉(zhuǎn)換為等效聲源，并通過快速傅里葉變換將聲源信息從時(shí)域形式轉(zhuǎn)換為頻域形式，最后基于Lighthill聲比擬理論進(jìn)行等效聲源的聲場(chǎng)響應(yīng)數(shù)值模擬.相較于直接數(shù)值模擬方法和基于半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪M方法，混合數(shù)值模擬方法可在相對(duì)較低的計(jì)算資源下提供較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果.

流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算采用多重參考系，進(jìn)口邊界條件為速度入口，出口邊界條件為靜壓出口，壁面為無滑移壁面，近壁區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理.湍流模型為RNG k-ε模型，離散格式為高分辨率，收斂判據(jù)設(shè)為10-4.葉輪每旋轉(zhuǎn)2°計(jì)算1次，時(shí)間步長(zhǎng)Δt =2.298 9×10-4 s，共計(jì)算20個(gè)周期，輸出最后3個(gè)周期的葉輪域旋轉(zhuǎn)偶極子和進(jìn)出口段的固定偶極子聲源數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)流致噪聲計(jì)算.

無軸泵噴推進(jìn)器的軸頻約為24.17 Hz、葉頻約為169.17 Hz，其流致噪聲能量主要集中于低頻段，故主要關(guān)注1 000 Hz以內(nèi)的噪聲特性.為保證聲場(chǎng)網(wǎng)格與水體模型有較好的貼合性，設(shè)置聲場(chǎng)面網(wǎng)格和體網(wǎng)格最大尺寸為10 mm，滿足式（1）中網(wǎng)格最大尺寸要求.聲場(chǎng)數(shù)值計(jì)算流體材料設(shè)置為液態(tài)水，其物性參數(shù)與流場(chǎng)計(jì)算時(shí)一致.定義聲場(chǎng)網(wǎng)格的進(jìn)、出口面為無反射壁面，其他壁面為全反射壁面.

L≤c6fmax，（1）

式中：L為單元網(wǎng)格長(zhǎng)度，m；c為聲音在聲場(chǎng)介質(zhì)中的傳播速度，m/s； fmax為最高求解頻率，Hz.

1.4" 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)所用模型與數(shù)值計(jì)算一致，其實(shí)物如圖2所示.試驗(yàn)臺(tái)主要由無軸泵噴推進(jìn)器、穩(wěn)壓罐、汽蝕罐、增壓泵等組成.能量性能測(cè)試采集系統(tǒng)設(shè)備包括壓力變送器和TPAM-V三相電參量采集儀等.

表1為試驗(yàn)和模擬結(jié)果對(duì)比，表中H為揚(yáng)程，η為效率，εH為揚(yáng)程誤差，εη為效率誤差，其中模擬結(jié)果為非定常計(jì)算最后3圈的平均值.試驗(yàn)和模擬所得的揚(yáng)程和效率變化趨勢(shì)一致，揚(yáng)程均隨流量增加而下降，而效率則先上升后下降，計(jì)算值略高于試驗(yàn)值.揚(yáng)程試驗(yàn)值和計(jì)算值的最大偏差出現(xiàn)在1.0Qd工況，約4.20%；效率試驗(yàn)值和計(jì)算值的最大偏差出現(xiàn)在0.8Qd工況，約3.70%，最大偏差均在5.00%以內(nèi)，表明所建立的數(shù)值計(jì)算方法基本可靠.

2" 結(jié)果分析

2.1" 流場(chǎng)軸面速度分布

流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲主要由流體不穩(wěn)定流動(dòng)引起［21］.圖3為泵噴推進(jìn)器內(nèi)軸面速度分布.

由圖3可知，不同流量下，葉輪和進(jìn)出口段壁面附近流速較高，低速區(qū)從葉輪中心沿軸線延伸至出口段，速度梯度使得出口段產(chǎn)生2個(gè)沿軸線對(duì)稱分布的旋渦.隨著流量的增加，進(jìn)口段高速區(qū)面積逐漸縮小直至消失，葉輪高速區(qū)流速和面積逐漸增大，低速區(qū)徑向?qū)挾戎饾u增大，進(jìn)口段旋渦逐漸進(jìn)入葉輪輪緣，出口段的2個(gè)旋渦逐漸靠近.

2.2" 聲壓級(jí)頻域特性分析

采用聲壓級(jí)（sound pressure level， SPL）評(píng)估 0～1 000 Hz頻域內(nèi)的噪聲特性，計(jì)算公式為

SPL=10lgp2p20，（2）

式中：p為監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓，Pa；p0為介質(zhì)中的參考聲壓，介質(zhì)為液態(tài)水時(shí)一般取1.0×10-6 Pa.

2.2.1" 流向聲壓級(jí)頻域特性

圖4為不同流量下流向上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)頻域圖.

由圖4可知，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)主頻均為軸頻，其幅值在190.00 dB以上，且2倍軸頻的諧頻處也有較高的峰值.由圖4a可見，在0.8Qd工況下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向先下降后上升再下降，其中在點(diǎn)S1處最高，約192.73 dB.各點(diǎn)頻域曲線的葉頻及其倍頻處也有明顯的聲壓級(jí)峰值，葉頻與主頻處聲壓級(jí)幅值差距較大，最小差值在點(diǎn)S2處，約18.18 dB；最大差值在點(diǎn)S4處，約36.69 dB.如圖4b所示，在1.0Qd工況下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向變化趨勢(shì)不變，在點(diǎn)S1處取得最高值，約194.18 dB.可見葉頻及其倍頻的諧頻，但葉頻處聲壓級(jí)幅值較主頻處下降較大，其中點(diǎn)S2的幅值差距最小，約為25.77 dB；點(diǎn)S4的幅值差距最大，可達(dá)約41.25 dB.從圖4c可以看出，在1.2Qd工況下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向逐漸下降，但在點(diǎn)S5處小幅回升，最高值為點(diǎn)S1處的96.09 dB.在聲壓級(jí)頻域曲線中未觀察到葉頻或其倍頻等其他諧頻.

綜上所述，沿流向各點(diǎn)的聲壓級(jí)主頻均為軸頻，其幅值都超過190.00 dB，且存在2倍軸頻的諧頻.不同流量下距離葉輪出口最近的點(diǎn)S1主頻處聲壓級(jí)幅值最高，這是由于葉輪高速區(qū)和出口段壁面區(qū)域產(chǎn)生較大的速度梯度，出口段靠近葉輪處存在2個(gè)沿軸線對(duì)稱分布的旋渦，導(dǎo)致了點(diǎn)S1附近聲壓級(jí)幅值的增加.在小流量和設(shè)計(jì)流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向的變化較為相似，均先下降后上升再下降；葉頻及其倍頻為諧頻.而在大流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值的變化不同，總體上呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著流量的增大，出口段靠近葉輪的2個(gè)旋渦逐漸向軸線靠近，對(duì)壁面區(qū)域擾動(dòng)減小，出口段距離葉輪較遠(yuǎn)處流場(chǎng)趨于穩(wěn)定，頻域曲線中沒有出現(xiàn)明顯的葉頻或其倍頻的諧頻.

2.2.2" 徑向聲壓級(jí)頻域特性

圖5為不同流量下距葉輪旋轉(zhuǎn)中心所在豎直平面0.3 m（點(diǎn)S5—S53）處徑向上的聲壓級(jí)頻域圖.所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)主頻均為軸頻，主頻處聲壓級(jí)幅值均在190.00 dB以上，且2倍軸頻處的聲壓級(jí)幅值也較高.由圖5a可見，在0.8Qd工況下，主頻處聲壓級(jí)幅值先上升后下降，最高值為點(diǎn)S51處的192.03 dB.監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻域曲線中出現(xiàn)葉頻及其倍頻的諧頻，相較于主頻處聲壓級(jí)幅值，葉頻處下降較多，二者最低差值出現(xiàn)在點(diǎn)S5處，約為33.80 dB；最高差值出現(xiàn)在點(diǎn)S51處，約為38.66 dB.如圖5b所示，在1.0Qd工況下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主頻處聲壓級(jí)幅值同樣先上升后下降，最高值在點(diǎn)S51處取得，約為193.00 dB.聲壓級(jí)頻域曲線中存在葉頻及其倍頻的諧頻，葉頻處聲壓級(jí)幅值較主頻處大幅下降，二者最低差值約為36.50 dB，出現(xiàn)在點(diǎn)S5處；最高差值可達(dá)51.87 dB，出現(xiàn)在點(diǎn)S51處.從圖5c可以看出，在1.2Qd工況下，主頻處聲壓級(jí)幅值呈先下降后上升的趨勢(shì)，最高值為點(diǎn)S53處的193.70 dB；頻域曲線中沒有葉頻或其倍頻等其他諧頻.1.2Qd工況下聲壓級(jí)頻域曲線及特征頻率與0.8Qd和1.0Qd工況相比變化較大.

綜上所述，不同流量下軸頻均為聲壓級(jí)主頻，其幅值都超過190.00 dB，存在2倍軸頻的諧頻.在小流量和設(shè)計(jì)流量下，徑向上主頻處聲壓級(jí)幅值先上升后下降，葉頻及其倍頻為諧頻，這是由于出口段靠近葉輪的2個(gè)旋渦帶來的擾動(dòng)影響了監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域，而靠近軸線區(qū)域受到的影響較小.在大流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值先下降后上升，這也是因?yàn)?個(gè)旋渦隨著流量的增大向軸線靠近，故而對(duì)軸線區(qū)域的影響變大，導(dǎo)致軸線區(qū)域的聲壓級(jí)幅值上升，而出口段距離葉輪較遠(yuǎn)處的流場(chǎng)逐步趨于穩(wěn)定，未見明顯的葉頻或其倍頻的諧頻.

2.2.3" 主頻處聲壓級(jí)幅值

表2為主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向及徑向的變化規(guī)律.

在流向上，點(diǎn)S1和S2處的主頻處聲壓級(jí)幅值逐漸上升，且在大流量下上升幅度更大，而點(diǎn)S3，S4和S5處的主頻處幅值先上升后下降，這表明流量的增加會(huì)導(dǎo)致出口段靠近葉輪區(qū)域的噪聲逐漸增大，而遠(yuǎn)離該區(qū)域的噪聲在大流量下則有所降低；在徑向上，點(diǎn)S5—S52處的主頻處聲壓級(jí)幅值隨流量增加先上升后下降，而點(diǎn)S53處的幅值上升，且上升幅度逐漸增大，這表明流量的增加會(huì)導(dǎo)致軸線附近噪聲逐漸增大.這同樣是因?yàn)殡S著流量增加，葉輪高速區(qū)流速、面積逐漸增大，出口段靠近葉輪區(qū)域速度梯度的影響增大，而對(duì)稱分布的2個(gè)旋渦逐漸向軸線靠近.

2.3" 總聲壓級(jí)

采用式（3）計(jì)算0～1 000 Hz頻域內(nèi)的總聲壓級(jí)（overall sound pressure level， OSPL）.

OSPL=10lg∑fmaxf=fmin100.1SPL（f），（3）

式中：fmin和fmax分別為計(jì)算的最低頻率和最高頻率，Hz.

圖6為不同工況下總聲壓級(jí)變化趨勢(shì)圖.

如圖6a所示，點(diǎn)S1，S2，S3和S4處的總聲壓級(jí)總體上隨流量增加而增大.點(diǎn)S3，S4和S5在1.0Qd和1.2Qd工況下總聲壓級(jí)接近，最大差值約0.20 dB.在不同流量下，總聲壓級(jí)沿流向總體上逐漸下降.0.8Qd和1.0Qd工況下點(diǎn)S2后總聲壓級(jí)變化幅度較小，而1.2Qd工況下到點(diǎn)S3才趨于穩(wěn)定，這表明大流量時(shí)噪聲沿流向衰減更加緩慢.由圖6b可見，點(diǎn)S5，S51，S52和S53的總聲壓級(jí)隨流量增加而增大.在0.8Qd和1.0Qd工況下，從壁面（點(diǎn)S5）至軸線（點(diǎn)S53），總聲壓級(jí)先上升后下降，且分別在點(diǎn)S51和點(diǎn)S52達(dá)到最高值；而1.2Qd工況下總聲壓級(jí)逐漸上升，最高值出現(xiàn)在點(diǎn)S53，這表明隨著流量增加，最高總聲壓級(jí)所在位置逐漸向軸線移動(dòng).

綜上所述，總聲壓級(jí)隨流量增加逐漸上升，流速的增大及流體和壁面頻繁摩擦等均可能導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生.不同流量下總聲壓級(jí)沿流向逐漸減小，而徑向上的變化規(guī)律受流向位置影響，這是因?yàn)樗俣忍荻群托郎u對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)隨流向距離增大而減小，而大流量下擾動(dòng)本身較大，故噪聲能量衰減更慢.

綜上可知，不同流量下無軸泵噴推進(jìn)器出口段靠近葉輪區(qū)域的速度梯度和2個(gè)旋渦及其變化是影響其流致噪聲分布的主要因素.在設(shè)計(jì)無軸泵噴推進(jìn)器時(shí)，要著重關(guān)注各過流部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取及其匹配，同時(shí)要特別關(guān)注葉輪葉片數(shù)、葉片轂徑比和葉片安放角等葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù).

3" 結(jié)" 論

基于Lighthill聲比擬理論，采用混合數(shù)值模擬方法分析了不同流量無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)流致噪聲的聲壓級(jí)頻域特性和總聲壓級(jí)等的變化規(guī)律及其與內(nèi)流場(chǎng)的聯(lián)系，主要結(jié)論如下：

1） 無軸泵噴推進(jìn)器聲壓級(jí)主頻為軸頻，存在2倍軸頻的諧頻.小流量和設(shè)計(jì)流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向先下降后上升再下降，沿徑向先上升后下降，頻域內(nèi)存在葉頻及其倍頻的諧頻；大流量下，主頻處聲壓級(jí)幅值沿流向下降，沿徑向先下降后上升，未見葉頻或其倍頻的諧頻分布.

2） 隨著流量的增加，無軸泵噴推進(jìn)器出口段靠近葉輪的壁面區(qū)域的噪聲逐漸上升，而距離葉輪較遠(yuǎn)區(qū)域的噪聲則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；軸線附近區(qū)域的主頻處聲壓級(jí)幅值逐漸升高.

3） 隨著流量的增加，無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)總聲壓級(jí)均逐漸上升；流向上，近壁面區(qū)域的總聲壓級(jí)逐漸降低，在大流量工況下噪聲能量衰減更慢；徑向上，總聲壓級(jí)最高值所在位置逐漸向軸線靠近.

4） 出口段靠近葉輪區(qū)域的速度梯度和2個(gè)旋渦及其變化是影響不同流量下無軸泵噴推進(jìn)器內(nèi)致流噪聲分布的主要因素.

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