本文的研究是在镇江市重点研发计划（GY2017001）的资助下开展的。流动噪声是离心泵噪声的重要组成部分,对环境危害较大。仿生非光滑结构是气动声学领域中研究时间较长的一种降低流动噪声的方法,并有望成功应用于离心泵中;此外由于仿生形态的不同,不同仿生结构的降噪表现与作用机理也有所区别。因此,研究不同仿生结构在离心泵中的应用具有重要的研究价值。本文采用理论分析、数值计算和试验测试相结合的方法,围绕凹坑形仿生结构的优化设计、不同仿生结构及其耦合作用下的降噪效果与规律进行了深入研究,旨在提出一种适用于离心泵扭曲叶片凹坑仿生降噪的优化方法,掌握凹坑与锯齿形仿生结构的降噪机理。本文主要研究工作及成果如下:1.系统总结了离心泵流动噪声诱发的原因及降噪方法,概述了运用仿生结构进行降噪的研究现状,分析了人工神经网络与粒子群寻优算法在离心泵领域的应用。2.提出了一种适用于离心泵扭曲叶片的凹坑仿生降噪优化方法,即从影响凹坑仿生结构作用效果的众多参数中筛选优化变量、确定优化变量取值范围及优化目标,权衡网络误差与样本数量要求、通过均匀设计法建立样本库,最后利用神经网络算法进行拟合,通过粒子群算法进行寻优。该方法为适应扭曲叶片的强三维构型,借鉴地球的经纬度划分方法提出了一种新的仿生凹坑结构布置方法;为增加优化工作维度,将凹坑织构分为流向上参数各不相同的3组,各组凹坑直径表示为d₁,d₂,d₃;且为避免拟合结果已满足实际需要、但寻得的最优解与最优样本接近,增加了人工监督的外部干预手段。研究结果表明,以总声压级为优化目标所得到的优化结果,总声压级下降了1.66dB,且对宽频噪声的抑制效果比离散噪声更明显。3.在总声压级计算方法的基础上,削减高幅值噪声权重,提出了一种反映宽频降噪能力的宽频总声压级指标TOSPL;基于此开展优化工作,并探究了凹坑仿生降噪效果与凹坑直径的关联关系。研究发现,优化后凹坑仿生结构的宽频噪声抑制能力显著提升,TOSPL值下降0.94dB。高宽频降噪量样本的优化变量同时满足d₁≤d₂、d₃≥1-d₂和d₁≤d₃的聚集规律;若所有样本符合该规律,TOSPL降值在0.5dB以上的样本占比为40%,否则仅21%;若所有样本符合该规律,凹坑直径d₂与d₃的取值上限将显著影响宽频噪声的降噪期望,当凹坑直径d₃的取值上限不高于0.3时,几乎所有样本的TOSPL降值高于0.5dB;无论所有样本是否符合聚集规律,降噪期望基本随凹坑直径d₁取值上限的减小而减小。4.对比分析了凹坑形仿生结构与锯齿形仿生结构对离心泵性能参数与幅频特性的影响,探究了两种特征耦合作用下的降噪效果与规律。结果表明,不同仿生结构对离心泵水力效率影响较小,而锯齿形仿生结构会导致离心泵扬程与扭矩极大降低;凹坑形仿生结构的降噪效果主要体现在离心泵噪声中的宽频部分,锯齿形仿生结构主要体现在叶频及其倍频处的离散部分;凹坑的宽频降噪能力来自于对微尺度涡、扰动波的阻止或吸收以及改变向上游散射的声波与扰动波的相位差,锯齿结构的降噪能力源于对动静干涉作用的减弱;耦合仿生模型性能近似于锯齿仿生模型,耦合仿生结构未能同时抑制离心泵的离散与宽频噪声;由于凹坑不同展向位置上的边界层或不稳定扰动波与锯齿结构在齿尖到齿根不同位置的相互接触,最终导致离心泵内不稳定扰动波的放大及流动噪声的增大。