文章导读
流体机械的剧烈振动常常让工程师彻夜难眠，传统手段只能治标却找不到病灶。清华谭磊团队这次没有在“降噪”上做表面文章，而是直接对压力脉动来了次“开颅手术”。他们提出的新模型将复杂的脉动现象拆解为三个物理分量，意外发现主导振动的并非传统认知的涡流强度，而是力学不对称性。这个颠覆性的发现，不仅解释了为何你的设备总是莫名疲劳破坏，更藏着让高精尖装备实现“零振动”运行的关键密码。
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压力脉动是流体机械（水泵、水轮机等）内部由分离流、间隙流、二次流、失速流、尾迹流等复杂流动结构与动静干涉相互作用引起的物理现象，将诱发流体机械结构振动、疲劳破坏以及辐射噪声等，严重威胁其安全稳定运行。长期以来，流体机械压力脉动生成机制问题困扰着学术界，已有模型和方法未能厘清压力脉动产生根源，阻碍了压力脉动控制与流体机械性能提升。
近日，清华大学能源与动力工程系谭磊副教授团队提出了一套动/静坐标系映射压力脉动源项解析模型，并基于泊松方程揭示了压力脉动的生成机制。压力脉动源项解析模型通过严格的动/静坐标系变换与统计平均映射，将静止坐标系的压力脉动分解为旋转坐标系的三个分量，即转子旋转空间扫掠的运动学“周期性非均匀脉动”、转子旋转相位锁定的动力学“流动同频脉动”和包含湍流等非转子旋转相位锁定的“流动非同频脉动”，实现了“叶片周期扫掠、涡流同频演化、湍流随机作用”三类物理过程的底层解析，为流体机械压力脉动研究提供了全新的视角和方法。
在此基础上，团队提出了基于泊松方程的流场结构-压力脉动物理关联分析方法，采用格林函数定量评价各流场结构对压力脉动的贡献程度，揭示了流体机械压力脉动的生成机制。
论文以混流泵为对象，基于高精度试验测量结果和高保真应力混合涡模型数值模拟结果，采用压力脉动源项解析模型和流场结构-压力脉动物理关联分析方法开展研究，发现了叶片周期扫掠与涡流同频演化之间存在相消/相长干涉机制，揭示了运动学周期性非均匀脉动主要由平均动量通量驱动，其大小由Lamb涡力与动能梯度力之间的力学不对称性决定，而非传统认知的涡流绝对强度。
论文构建了一套流体机械压力脉动源项解析模型及生成机制分析方法，为高稳定运行低振动噪声流体机械的研制提供了坚实的理论基础和技术手段。
压力脉动源项解析模型与生成机制
研究成果以“混流泵压力脉动源项解析模型”（A triple source model of pressure fluctuation analysis for a mixed-flow pump）为题，于3月30日发表于《流体力学期刊》（Journal of Fluid Mechanics）。
清华大学能源与动力工程系2022级博士生韩丙福为论文第一作者，清华大学能源与动力工程系副教授谭磊为论文通讯作者。研究得到国家重点研发计划项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11382
供稿：能动系
编辑：李华山
审核：郭玲
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