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壓力脈動(dòng)是流體機(jī)械（水泵、水輪機(jī)等）內(nèi)部由分離流、間隙流、二次流、失速流、尾跡流等復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)與動(dòng)靜干涉相互作用引起的物理現(xiàn)象，將誘發(fā)流體機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)、疲勞破壞以及輻射噪聲等，嚴(yán)重威脅其安全穩(wěn)定運(yùn)行。長(zhǎng)期以來(lái)，流體機(jī)械壓力脈動(dòng)生成機(jī)制問(wèn)題困擾著學(xué)術(shù)界，已有模型和方法未能厘清壓力脈動(dòng)產(chǎn)生根源，阻礙了壓力脈動(dòng)控制與流體機(jī)械性能提升。

近日，清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系譚磊副教授團(tuán)隊(duì)提出了一套動(dòng)/靜坐標(biāo)系映射壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型，并基于泊松方程揭示了壓力脈動(dòng)的生成機(jī)制。壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型通過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)/靜坐標(biāo)系變換與統(tǒng)計(jì)平均映射，將靜止坐標(biāo)系的壓力脈動(dòng)分解為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三個(gè)分量，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)空間掃掠的運(yùn)動(dòng)學(xué)“周期性非均勻脈動(dòng)”、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相位鎖定的動(dòng)力學(xué)“流動(dòng)同頻脈動(dòng)”和包含湍流等非轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相位鎖定的“流動(dòng)非同頻脈動(dòng)”，實(shí)現(xiàn)了“葉片周期掃掠、渦流同頻演化、湍流隨機(jī)作用”三類(lèi)物理過(guò)程的底層解析，為流體機(jī)械壓力脈動(dòng)研究提供了全新的視角和方法。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了基于泊松方程的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)-壓力脈動(dòng)物理關(guān)聯(lián)分析方法，采用格林函數(shù)定量評(píng)價(jià)各流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)壓力脈動(dòng)的貢獻(xiàn)程度，揭示了流體機(jī)械壓力脈動(dòng)的生成機(jī)制。

論文以混流泵為對(duì)象，基于高精度試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和高保真應(yīng)力混合渦模型數(shù)值模擬結(jié)果，采用壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)-壓力脈動(dòng)物理關(guān)聯(lián)分析方法開(kāi)展研究，發(fā)現(xiàn)了葉片周期掃掠與渦流同頻演化之間存在相消/相長(zhǎng)干涉機(jī)制，揭示了運(yùn)動(dòng)學(xué)周期性非均勻脈動(dòng)主要由平均動(dòng)量通量驅(qū)動(dòng)，其大小由Lamb渦力與動(dòng)能梯度力之間的力學(xué)不對(duì)稱(chēng)性決定，而非傳統(tǒng)認(rèn)知的渦流絕對(duì)強(qiáng)度。

論文構(gòu)建了一套流體機(jī)械壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型及生成機(jī)制分析方法，為高穩(wěn)定運(yùn)行低振動(dòng)噪聲流體機(jī)械的研制提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。

壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型與生成機(jī)制

研究成果以“混流泵壓力脈動(dòng)源項(xiàng)解析模型”（A triple source model of pressure fluctuation analysis for a mixed-flow pump）為題，于3月30日發(fā)表于《流體力學(xué)期刊》（Journal of Fluid Mechanics）。

清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系2022級(jí)博士生韓丙福為論文第一作者，清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系副教授譚磊為論文通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11382

來(lái)源 | 清華新聞網(wǎng)

編輯 | 宋婷婷

審核 | 譚 磊

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