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

近日，清華大學(xué)能源與動力工程系譚磊副教授團隊提出了一套動/靜坐標(biāo)系映射壓力脈動源項解析模型，并基于泊松方程揭示了壓力脈動的生成機制。壓力脈動源項解析模型通過嚴(yán)格的動/靜坐標(biāo)系變換與統(tǒng)計平均映射，將靜止坐標(biāo)系的壓力脈動分解為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三個分量，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)空間掃掠的運動學(xué)“周期性非均勻脈動”、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相位鎖定的動力學(xué)“流動同頻脈動”和包含湍流等非轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相位鎖定的“流動非同頻脈動”，實現(xiàn)了“葉片周期掃掠、渦流同頻演化、湍流隨機作用”三類物理過程的底層解析，為流體機械壓力脈動研究提供了全新的視角和方法。

在此基礎(chǔ)上，團隊提出了基于泊松方程的流場結(jié)構(gòu)-壓力脈動物理關(guān)聯(lián)分析方法，采用格林函數(shù)定量評價各流場結(jié)構(gòu)對壓力脈動的貢獻程度，揭示了流體機械壓力脈動的生成機制。

論文以混流泵為對象，基于高精度試驗測量結(jié)果和高保真應(yīng)力混合渦模型數(shù)值模擬結(jié)果，采用壓力脈動源項解析模型和流場結(jié)構(gòu)-壓力脈動物理關(guān)聯(lián)分析方法開展研究，發(fā)現(xiàn)了葉片周期掃掠與渦流同頻演化之間存在相消/相長干涉機制，揭示了運動學(xué)周期性非均勻脈動主要由平均動量通量驅(qū)動，其大小由Lamb渦力與動能梯度力之間的力學(xué)不對稱性決定，而非傳統(tǒng)認(rèn)知的渦流絕對強度。

論文構(gòu)建了一套流體機械壓力脈動源項解析模型及生成機制分析方法，為高穩(wěn)定運行低振動噪聲流體機械的研制提供了堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。

壓力脈動源項解析模型與生成機制

研究成果以“混流泵壓力脈動源項解析模型”（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)能源與動力工程系2022級博士生韓丙福為論文第一作者，清華大學(xué)能源與動力工程系副教授譚磊為論文通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃項目的資助。

論文鏈接：

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

來源 | 清華新聞網(wǎng)

編輯 | 宋婷婷

審核 | 譚 磊

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