粒子圖像測速技術在液體射流泵內(nèi)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)部流場，分析

2、射流泵的傳質(zhì)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(jié)合流體常識，建立了了適用于射流泵內(nèi)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(nèi)的流場狀態(tài)，根據(jù)得到的流速矢量分布進行分析總結(jié)，得出試驗結(jié)論。 最后歸納總結(jié)了整個試驗過程中的經(jīng)驗和不足之處，對以后的射流泵內(nèi)部流場試驗進行了展望。