離心泵小流量下葉輪內(nèi)流動分離的PIV試驗研究.pdf

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

2、離心泵的PIV內(nèi)流測試方法以提高其測試準(zhǔn)確度。
　　本文在國家自然基金(51079062，51109095)的資助下，對離心泵內(nèi)流PIV測試方法進行了改進，并采用改進后的方法對一低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪內(nèi)流動分離現(xiàn)象進行了測試，詳細分析了流動分離產(chǎn)生和發(fā)展的規(guī)律。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)采用圖像變形程度作為PIV相機調(diào)整的評判標(biāo)準(zhǔn)，并在Matlab中開發(fā)了圖像校正程序來調(diào)整相機的位置。結(jié)果表明:相對于常規(guī)方法，圖

3、像校正方法將相機調(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個像素降低到1.26個像素。
　　(2)在Matlab中編程對PIV系統(tǒng)采集的圖像進行圖像掩模的預(yù)處理操作，以消除圖像中非流體區(qū)域圖像噪聲對互相關(guān)計算結(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邊界附近出現(xiàn)的互相關(guān)計算錯誤的查問區(qū)數(shù)目，提高查問區(qū)計算準(zhǔn)確度。
　　(3)利用葉輪圓周上不同參考點在不同時刻圖像中的

4、位置定位葉輪旋轉(zhuǎn)中心，并對定位產(chǎn)生的誤差進行了估計。在Matlab中編寫了圖像定位程序，分析了旋轉(zhuǎn)中心定位對相對速度重構(gòu)結(jié)果的影響。結(jié)果表明:圖像定位方法可以對定位誤差進行有效的估計;圖像定位過程得到的定位準(zhǔn)確度較高（0.21像素），對相對速度重構(gòu)影響較小(0.0035m/s)。
　　(4)利用改進后的PIV測試方法對一臺比轉(zhuǎn)數(shù)為73的離心泵葉輪內(nèi)流場進行了測試，分析了0.2QBEP-1.0QBEP不同工況下葉輪內(nèi)流動分離的發(fā)展規(guī)

5、律。試驗結(jié)果表明:在0.6QBEP工況壓力面附近開始出現(xiàn)流動分離現(xiàn)象;在0.2QBEP工況，隔舌附近流道內(nèi)分離泡擴張到流道中部，進而堵塞整個流道;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偏移角分布。
　　(5)對0.2QBEP工況下葉輪在不同相位的相對速度分布進行了詳細的測試和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在隔舌附近的葉輪流道內(nèi)，流動分離變化最為劇烈，流動分離的發(fā)展程度也最高;葉輪前蓋板附近截面內(nèi)回流強度最小，