粒子圖像測速技術在液體射流泵內部流場測試中的應用.pdf

1、射流泵是利用射流紊動擴散作用來傳遞能量和質量的流體機械，在航空航天工程、化工與環(huán)境工程、核動力工程、石油與深海開采工程和水利水電等實際工程中有著廣泛的應用，但在射流過程中會因兩股不同壓力的流體混合而產生較大的能量損失。在面臨能源危機的今天，以節(jié)約能源為出發(fā)點，探求射流泵的流場機理，致力于提高射流泵的傳能及傳質效率，對噴射設備的推廣應用有重大的意義和實際作用。 本文采用粒子圖像測速(PIV)的方法跟蹤研究液體射流泵的內部流場，分析

2、射流泵的傳質傳能機理，主要工作包括以下幾個部分： 根據(jù)實驗室條件和試驗要求設計的一套合理的射流泵試驗裝置，整合好粒子圖像測速系統(tǒng)，包括光源系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和示蹤粒子等幾部分，此為試驗的硬件系統(tǒng)。 根據(jù)射流泵的流場特點，結合流體常識，建立了了適用于射流泵內部流場粒子圖像處理的軟件系統(tǒng)，對試驗的圖像進行采集處理，包括圖像處理、流動顯示、流速檢測、速度場分析以及各種輔助功能。獲得高質量的粒子圖像是本系統(tǒng)的關鍵問題之一，它直接

3、關系到對射流泵內部流場測量分析的準確和精確度，本文采用了各種數(shù)字圖像處理的方法對采集到的圖像進行預處理，包括圖像的灰度變換、圖像的平滑、銳化、中值濾波等；并對圖像進行了詳細的處理分析，采用了一種從連續(xù)兩幅粒子圖像中快速提取流場速度的方法——相關分析法，建立的對流速場進行測量和分析的系統(tǒng)，它既適用于穩(wěn)定流動的流場分析，也適用于非穩(wěn)定流動的流場分析，如含有回流區(qū)與旋渦的復雜流動。由于采集設備曝光不足、示蹤粒子分布不均以及噪音等硬件因素和計算

4、誤差等人為因素，導致了流動圖像質量的降低，因此獲得的速度矢量圖存在一些錯誤矢量，本文采用了各種方法對錯誤矢量進行了剔除和插補。在軟硬件兼?zhèn)涞臈l件下，本文應用設計整合好的射流泵粒子圖像測速系統(tǒng)進行試驗，分析了恒定射流泵以及脈沖情況下的射流泵效率，選擇不同的流量比觀測了射流泵各部件內的流場狀態(tài)，根據(jù)得到的流速矢量分布進行分析總結，得出試驗結論。 最后歸納總結了整個試驗過程中的經驗和不足之處，對以后的射流泵內部流場試驗進行了展望。