鐘形進(jìn)水流道出口PIV流場測試與數(shù)值模擬.pdf

1、進(jìn)水流道是將前池的水流轉(zhuǎn)向后平順地引入水泵葉輪室，為水泵提供良好的進(jìn)水條件的進(jìn)水建筑物，是大中型泵站工程中重要組成部分，其流態(tài)對(duì)水泵性能和安全運(yùn)行有著重要的影響。
　　 鐘形進(jìn)水流道是大型泵站中一種較好的進(jìn)水流道形式，在國外尤其在日本，已經(jīng)獲得大量應(yīng)用，而在國內(nèi)應(yīng)用較少，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)方法也不成熟。為充分了解這種流道的特性，需要對(duì)其進(jìn)行深入細(xì)致的試驗(yàn)研究工作。目前國內(nèi)外已有的試驗(yàn)研究方法大都局限于泵裝置的外特性，沒有深入到流道內(nèi)

2、部的水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和CFD流體計(jì)算軟件的廣泛應(yīng)用，雖然通過數(shù)值模擬的方法模擬進(jìn)水流道內(nèi)部流態(tài)，能獲得流道內(nèi)全方位的流場分布情況。但是數(shù)值模擬泵裝置系統(tǒng)中內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的可靠性有待進(jìn)一步考證。因此研究結(jié)果還不能真實(shí)反映了內(nèi)部水流運(yùn)動(dòng)情況。然而，只有弄清流道內(nèi)部水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，才能深刻剖析其水力特性，為流道的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　 本文通過設(shè)計(jì)一套立式軸流泵透明進(jìn)水流道泵裝置試驗(yàn)臺(tái)，在該試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)該泵裝置進(jìn)行了性能

3、測試并與FLUENT數(shù)值計(jì)算性能曲線進(jìn)行了對(duì)比分析。并首次采用先進(jìn)的PIV(Particle Image Velocimetry)非接觸式流場測量技術(shù)，在不擾動(dòng)被測區(qū)域流場的情況下對(duì)鐘形進(jìn)水流道出口段進(jìn)行了二維與三維PIV流場測試，獲得了鐘形進(jìn)水流道出口段部分域的流場分布并與FLUENT數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。分析了在小流量、最優(yōu)流量、大流量三種工況下鐘形進(jìn)水流道出口流動(dòng)情況，結(jié)果表明兩種方法得到進(jìn)水流道出口軸向流速沿軸向和徑向分布

4、較為吻合。但通過PIV實(shí)測數(shù)據(jù)分布總結(jié)出在在小流量工況下，進(jìn)水流道出口靠近葉輪進(jìn)口段水流出現(xiàn)預(yù)旋流動(dòng)現(xiàn)象(水流跟著葉輪一起旋轉(zhuǎn))，最優(yōu)流量和大流量工況下，葉輪進(jìn)口水流幾乎不受葉輪旋轉(zhuǎn)的影響，而在90°轉(zhuǎn)向過程中受水流慣性沖力的影響表現(xiàn)為在來流方向存在一定的速度分量。這種速度分量可能導(dǎo)致進(jìn)水流道出口斷面流速分布不均勻，設(shè)計(jì)鐘形進(jìn)水流道時(shí)應(yīng)充分予以考慮。而數(shù)值模擬結(jié)果在三種工況下并無明顯區(qū)別，在進(jìn)水流道出口斷面上均存在來流方向的速度分量，說