軸流泵葉輪與導(dǎo)葉軸向間隙內(nèi)流場(chǎng)的3D-PIV測(cè)量.pdf

1、軸流泵葉輪與后導(dǎo)葉軸向間隙內(nèi)水流流動(dòng)狀況對(duì)泵性能有明顯的影響。本文主要通過(guò)三維激光測(cè)試手段研究葉輪出口流場(chǎng)的流速分布規(guī)律及其與泵性能之間的關(guān)系。這對(duì)驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化軸流泵葉輪和后導(dǎo)葉設(shè)計(jì)，提高水泵的運(yùn)行可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義。 在國(guó)內(nèi)首次采用3D-PIV技術(shù)對(duì)該流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試，取得了五種工況下的三維流場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)裝置中的軸流泵采用ZM60水力模型葉輪，直徑為150mm，4張葉片；后導(dǎo)葉外徑為150mm,內(nèi)徑為60mm,7張葉

2、片。為了測(cè)試需要，采用全透明的圓柱形葉輪室，并在外面固定一內(nèi)注清水的有機(jī)玻璃方形水箱，以降低圓管曲面產(chǎn)生的折射。 首先，在固定轉(zhuǎn)速1450r/min時(shí)，對(duì)軸流泵進(jìn)行外特性測(cè)試，得出水泵的性能曲線，并確定出實(shí)驗(yàn)所要采用的5個(gè)工況點(diǎn)；其次，利用3D-PIV儀器，在解決了測(cè)試斷面的三維標(biāo)定之后，測(cè)取了葉輪與導(dǎo)葉軸向間隙流場(chǎng)中的粒子圖像；再次，使用Insight3.4軟件對(duì)所得粒子圖像進(jìn)行前處理得到三維速度矢量，并把三維矢量導(dǎo)入到Tec

3、plot9.0軟件中進(jìn)行后處理，獲得各個(gè)工況下的軸面流場(chǎng)圖，通過(guò)插值計(jì)算獲得速度分布等值線圖，分析了測(cè)試流場(chǎng)的流動(dòng)規(guī)律，并分別與CFD數(shù)值模擬結(jié)果和無(wú)后導(dǎo)葉測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較：最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源進(jìn)行了分析，提出了一些具體的消除和改進(jìn)措施。 測(cè)試區(qū)域水流具有明顯的三維流動(dòng)特征，但在大于高效點(diǎn)工況的流量范圍內(nèi)，徑向分速是很小的。 小流量工況，在葉片出口靠輪轂范圍出現(xiàn)了明顯的回流，各軸面上流速分布差別較大，總流態(tài)表現(xiàn)出不穩(wěn)定

4、性。大流量工況，各軸面上流速分布相似，流態(tài)穩(wěn)定，靠輪轂處軸向速度較小。與無(wú)后導(dǎo)葉運(yùn)行時(shí)相比，流態(tài)改變不明顯。在小流量范圍，測(cè)試結(jié)果中回流區(qū)比CFD計(jì)算結(jié)果范圍大，靠輪轂處軸向流速小，測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果差別明顯。設(shè)計(jì)流量及大流量范圍，除周向速度外，流速分布趨勢(shì)基本吻合，偏差較小。使用3D-PIV技術(shù)對(duì)軸流泵葉輪出口與后導(dǎo)葉間流場(chǎng)進(jìn)行研究是可行的，能夠反映實(shí)際情況的三維流場(chǎng)。泵內(nèi)三維流場(chǎng)測(cè)試難度大，今后有必要進(jìn)一步研究，以提高測(cè)量的絕對(duì)精度