離心泵壓水室內(nèi)部定常和非定常流動PIV測量.pdf

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1、第26卷第7期1282010年7月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報TransactionsoftheCSAE、，01．26No．7Jul．2010離心泵壓水室內(nèi)部定常和非定常流動PIV測量邵春雷，顧伯勤，陳曄(南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，南京210009)摘要：為研究離心泵壓水室內(nèi)的流動特性，利用PIV技術(shù)在內(nèi)同步和外同步模式下分別測量了其內(nèi)部的定常和非定常流場，詳細(xì)分析了壓水室內(nèi)部流動現(xiàn)象和流動規(guī)律。結(jié)果表明，壓水室內(nèi)速度沿軸向分布均勻，隨圓周角增大而減?。涸谌~輪和壓水室的交界處，存在清晰的速度分界線；受蝸舌的分流作用，部分流體回流

2、入葉輪流道，擴(kuò)散管入口處速度顯著降低；壓水室內(nèi)部周期性非定常流動規(guī)律明顯，第VIII斷面上，速度的大小和波動幅度沿徑向均旱減小趨勢，周向速度的波動與葉輪流道內(nèi)部高速流區(qū)的位置有關(guān)，而徑向速度的波動主要受葉片干擾和哥氏力的影響。研究結(jié)果為壓水室設(shè)計以及離心泵內(nèi)部流動的試驗(yàn)研究提供了借鑒。關(guān)鍵詞：離心泵，定常流動，非定常流動，壓水室，粒子圖像測速doi：10．39698．issn．1002一doi：10．39698．issn．1002—6819．2010．07．023中圖分類號：035，TH3ll文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1

3、002-6819(2010)一07—0128-06邵春雷，顧伯勤，陳曄．離心泵壓水室內(nèi)部定常和非定常流動PIV測量[J】．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26(7)：128—133．ShaoChunlei，GuBoqin，ChenYe．MeasurementofsteadyandunsteadyflowincentrifugalpumpsspiralcasingusingPIV[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(7)：128—133．(inChinesewithEnglishabs仃ac00引言

4、壓水室位于葉輪之后，它收集從葉輪中流出的流體，并輸送到排出口，是離心泵的重要過流部件之一。長期以來，人們對離心泵內(nèi)部流動現(xiàn)象的研究大多集中在葉輪內(nèi)部【l’7】，相比而占，關(guān)于壓水室內(nèi)部流動的研究相對較少，Dong[8】和Chuf9】等人曾對壓水室內(nèi)的速度場、壓力波動和噪音之間的關(guān)系作過初步研究，Gonzalez等人【lo】采用數(shù)值模擬的方法研究了葉輪和蝸殼的交互作用，分析了壓水室內(nèi)的流場。趙斌娟等人?。13】基于滑移網(wǎng)格和RNG湍流模型計算了雙流道泵內(nèi)的非定常流動，并采用粒子圖像測速(particleimagevelo

5、cimetry，簡稱PIV)技術(shù)測量了內(nèi)部流場，得到了壓水室內(nèi)的流動規(guī)律。事實(shí)上，壓水室內(nèi)部流動并不比葉輪內(nèi)部流動簡單，它不僅與壓水室本身結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，而且受葉片干涉和葉輪出口流動的影響，上游不均勻的流場在壓水室內(nèi)的衰減過程同樣影響整個離心泵的水力性能。壓水室內(nèi)部流動的研究可為提高離心泵的水力效率，降低由于水力因素引起的泵的振動和噪音指明方向。PIV技術(shù)是近20幾年發(fā)展起來的一種非接觸、瞬時、動態(tài)、全流場的速度場測量技術(shù)，已成為研究復(fù)雜流場的一種重要手段【141，該技術(shù)適用于壓水室內(nèi)部流動的研究。本文采用PW技術(shù)，在內(nèi)

6、同步和外同步模式下，分別對改形設(shè)計后的離心泵壓水室的內(nèi)部整體流場和蝸舌收稿R期：2009．10-23修訂日期：2010-01-27基金項目：南京工業(yè)大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)基金(39702008)；中國石油化工集團(tuán)公司科技開發(fā)項目(309007)作者簡介：邵春雷(1981一)，男，江蘇南通人，博士，主要從事流體測控技術(shù)和流體機(jī)械研究。南京南京工業(yè)大學(xué)，210009。Email：iv032lscl@163．coin附近的局部流場進(jìn)行了定常和非定常測量【151，對其內(nèi)部流動現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行了分析，探討了湍流結(jié)構(gòu)及流動機(jī)理，為壓水室設(shè)

7、計理論和方法的改進(jìn)以及離心泵內(nèi)流動的試驗(yàn)研究提供了借鑒。1試驗(yàn)裝置1．1PIV系統(tǒng)PIV的基本工作原理如圖l所示，在流場中撒布合適的示蹤粒子，用脈沖激光片光源照射所測流場，通過成像記錄系統(tǒng)攝取2次曝光的圖像，再用粒子圖像相關(guān)的方法處理PIV圖像，獲得每一查詢區(qū)中粒子圖像的平均位移，由此確定流場的速度。圖1PIV測量系統(tǒng)簡圖Fig．1Sketchmapofparticleimagevelocimetrymeasurementsystem本文使用的PIV系統(tǒng)主要硬件為Sol0200XT型雙脈沖式激光器、分辨率為l600×1

8、200像素的ES2001型互相關(guān)CCD、SM．SYNCl0型同步控制器。使用的MicroVec第7期邵春霄等：離心泵壓水室內(nèi)部定常和非定常流動PIV測量129V2．0軟件集成了實(shí)時粒子圖像測速計算、粒子跟蹤測速計算、濃度場分析和粒徑分析等功能模塊【16】。試驗(yàn)所用的示蹤粒子采用了平均直徑為10胛的輕質(zhì)A120，，該粒子的比表面積較