離心泵小流量下葉輪內(nèi)流動(dòng)分離的PIV試驗(yàn)研究.pdf

1、流動(dòng)分離是導(dǎo)致離心泵內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)的重要因素之一。流動(dòng)分離產(chǎn)生的分離泡會(huì)在葉片表面形成回流，導(dǎo)致水力損失增大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞葉輪流道，影響泵的穩(wěn)定運(yùn)行。目前專門針對(duì)離心泵葉輪內(nèi)流動(dòng)分離現(xiàn)象的研究還比較少，多數(shù)研究主要關(guān)注非設(shè)計(jì)工況下泵內(nèi)流的定性規(guī)律，因此有必要對(duì)離心泵葉輪內(nèi)流動(dòng)分離現(xiàn)象展開深入研究。另一方面，近年來(lái)PIV技術(shù)廣泛應(yīng)用于離心泵內(nèi)部流動(dòng)的測(cè)量中，但是PIV測(cè)量技術(shù)的不足同樣制約著離心泵內(nèi)部流動(dòng)測(cè)試的準(zhǔn)確度和發(fā)展。因此，急需改進(jìn)

2、離心泵的PIV內(nèi)流測(cè)試方法以提高其測(cè)試準(zhǔn)確度。
　　本文在國(guó)家自然基金(51079062，51109095)的資助下，對(duì)離心泵內(nèi)流PIV測(cè)試方法進(jìn)行了改進(jìn)，并采用改進(jìn)后的方法對(duì)一低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪內(nèi)流動(dòng)分離現(xiàn)象進(jìn)行了測(cè)試，詳細(xì)分析了流動(dòng)分離產(chǎn)生和發(fā)展的規(guī)律。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)采用圖像變形程度作為PIV相機(jī)調(diào)整的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并在Matlab中開發(fā)了圖像校正程序來(lái)調(diào)整相機(jī)的位置。結(jié)果表明:相對(duì)于常規(guī)方法，圖

3、像校正方法將相機(jī)調(diào)整的靈敏度從1°提高到0.286°，將圖像變形導(dǎo)致的垂直方向位移從7.73個(gè)像素降低到1.26個(gè)像素。
　　(2)在Matlab中編程對(duì)PIV系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行圖像掩模的預(yù)處理操作，以消除圖像中非流體區(qū)域圖像噪聲對(duì)互相關(guān)計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)果表明:與常規(guī)的方法相比，圖像掩模操作可以有效減少流場(chǎng)邊界附近出現(xiàn)的互相關(guān)計(jì)算錯(cuò)誤的查問區(qū)數(shù)目，提高查問區(qū)計(jì)算準(zhǔn)確度。
　　(3)利用葉輪圓周上不同參考點(diǎn)在不同時(shí)刻圖像中的

4、位置定位葉輪旋轉(zhuǎn)中心，并對(duì)定位產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了估計(jì)。在Matlab中編寫了圖像定位程序，分析了旋轉(zhuǎn)中心定位對(duì)相對(duì)速度重構(gòu)結(jié)果的影響。結(jié)果表明:圖像定位方法可以對(duì)定位誤差進(jìn)行有效的估計(jì);圖像定位過程得到的定位準(zhǔn)確度較高（0.21像素），對(duì)相對(duì)速度重構(gòu)影響較小(0.0035m/s)。
　　(4)利用改進(jìn)后的PIV測(cè)試方法對(duì)一臺(tái)比轉(zhuǎn)數(shù)為73的離心泵葉輪內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試，分析了0.2QBEP-1.0QBEP不同工況下葉輪內(nèi)流動(dòng)分離的發(fā)展規(guī)

5、律。試驗(yàn)結(jié)果表明:在0.6QBEP工況壓力面附近開始出現(xiàn)流動(dòng)分離現(xiàn)象;在0.2QBEP工況，隔舌附近流道內(nèi)分離泡擴(kuò)張到流道中部，進(jìn)而堵塞整個(gè)流道;0.2QBEP工況下壓力面附近的分離泡影響了壓力面出口處和吸力面附近的流動(dòng)偏移角分布。
　　(5)對(duì)0.2QBEP工況下葉輪在不同相位的相對(duì)速度分布進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在隔舌附近的葉輪流道內(nèi)，流動(dòng)分離變化最為劇烈，流動(dòng)分離的發(fā)展程度也最高;葉輪前蓋板附近截面內(nèi)回流強(qiáng)度最小，