軸流泵葉輪與導(dǎo)葉軸向間隙內(nèi)流場的3D-PIV測量.pdf

1、軸流泵葉輪與后導(dǎo)葉軸向間隙內(nèi)水流流動狀況對泵性能有明顯的影響。本文主要通過三維激光測試手段研究葉輪出口流場的流速分布規(guī)律及其與泵性能之間的關(guān)系。這對驗證數(shù)值計算結(jié)果，優(yōu)化軸流泵葉輪和后導(dǎo)葉設(shè)計，提高水泵的運(yùn)行可靠性具有現(xiàn)實意義。 在國內(nèi)首次采用3D-PIV技術(shù)對該流場進(jìn)行了詳細(xì)的測試，取得了五種工況下的三維流場。實驗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，對軸流泵進(jìn)行外特性測試，得出水泵的性能曲線，并確定出實驗所要采用的5個工況點；其次，利用3D-PIV儀器，在解決了測試斷面的三維標(biāo)定之后，測取了葉輪與導(dǎo)葉軸向間隙流場中的粒子圖像；再次，使用Insight3.4軟件對所得粒子圖像進(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，獲得各個工況下的軸面流場圖，通過插值計算獲得速度分布等值線圖，分析了測試流場的流動規(guī)律，并分別與CFD數(shù)值模擬結(jié)果和無后導(dǎo)葉測量結(jié)果進(jìn)行比較：最后，對實驗的誤差來源進(jìn)行了分析，提出了一些具體的消除和改進(jìn)措施。 測試區(qū)域水流具有明顯的三維流動特征，但在大于高效點工況的流量范圍內(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。與無后導(dǎo)葉運(yùn)行時相比，流態(tài)改變不明顯。在小流量范圍，測試結(jié)果中回流區(qū)比CFD計算結(jié)果范圍大，靠輪轂處軸向流速小，測試結(jié)果與計算結(jié)果差別明顯。設(shè)計流量及大流量范圍，除周向速度外，流速分布趨勢基本吻合，偏差較小。使用3D-PIV技術(shù)對軸流泵葉輪出口與后導(dǎo)葉間流場進(jìn)行研究是可行的，能夠反映實際情況的三維流場。泵內(nèi)三維流場測試難度大，今后有必要進(jìn)一步研究，以提高測量的絕對精度