离心泵内部流动PIV测试研究进展

研究是最基本 和最值得信赖 的方法 。 目前用于流 动 测量 技 术 的先 进实 验仪 器有 热线 热膜 风速 计 （ ＷＦ ） Ｈ Ａ 、激光多普勒测速仪 （Ｄ 、相位多普勒 Ｌ 粒 子分 析仪 （Ｄ Ａ 、声学 多普 勒水流仪 （ Ｄ ） ＰＰ） Ａ Ｖ 以及粒子成像速度场仪 （ Ｖ Ｐ ）等 ，这些仪器都有 Ｉ
而这种非对 称性 的原 因就是由于动静部件相互干 涉的结果 。因此 离心泵设计 中采用 中心对称流假 定有待修正。
系统又包括成像 系统 、分析显示系统和 同步控制 系统等。 目前 ＰＶ产品早 已走向市场 ，如美国的 Ｔ Ｉ Ｉ Ｓ 公 司 和 Ａ ｒｍｅ ｉ 公 司 、德 国 的 Ｌｖｓ ｎ公 司 以及 ｅｏ ｔｃ ｒｓ ａｉｏ ｉ 丹麦 的 Ｄ ｎ ｃ 司等均有成套产品推 出 ，ＰＶ系 ａｔ 公 ｅ Ｉ 统各组件工作原 理可 以参考相应 的 ＰＶ产 品说明 Ｉ 书 ，这里不再赘 述。但是要成功测量 到离 心泵 内
利 用 ＰＶ测 量 了 半 开 式离 心泵 内部 流 场 ，在 叶轮 Ｉ
为了获得 失速团的转 动频率 ，Ｋａ ｓ 利用快 ｒ ｅ ｕ
速傅里叶变换对 间隙处看 到 回旋 和低速 区的存在 ，并认为 这 可能导致 回流的产生 ，也使 得间隙和叶栅 内部 流动出现紊流现象 。几 乎所有 学者所测得 的离心 泵 内的绝对速度或相对速度场均显示 出非对称性 ，
象人手 。 如动静部件 干涉、旋 转失 速、空化 现象 和轴 向旋涡等 ，综述了国内外利用 Ｐ 测试这 些现象所取得 的研 究成 Ⅳ
果 ，最后对 Ｐ 技术在离心泵内的应用进行 了展望。 Ⅳ
关键 词 ： 离心泵
模 型泵
ＰＶ技 术 Ｉ
内流测 量
流 动现 象
综 述
引 言
离 心 泵 内部 流 动 是 一 种旋 转 的 复 杂 流 动 ，如 何 认 识 这 种 流动 一 直 是 离 心 泵 方 面 研 究 的热 点 和 难 点 。 国 内外 研 究 离 心 泵 内部 流 场 的方 法 主要 有
计算结果发 现流道 内分离流也是稳定的 ，造成相 邻 两 流道 流 动模 式 不 同 的主 要 原 因是 叶 片 所 对 应 的冲角不 同。而利用 ＰＶ对离心泵 内旋转失速 比 Ｉ
较细致 的研究要数 Ｋａｓ 等 【 ｒｕｅ ３ 】 了观测到旋转 。为 失速这种 高瞬态 流 ，他们采用 的是时间解析测量 的 ＰＶ系统 。试 验发 现 从 ５％设 计 流量 减 小到 Ｉ ０ ４％，流道 内稳定 的失速 团变为旋转 失速 ，而在 ０ ３％设计工况点流道 ４内存在两个旋涡，其 中在叶 ５
Ｙ Ｇ脉冲激 光源为光源组成的 ＰＶ系统为例 ，其 Ａ Ｉ 测速范 围在 ０ １ １０ ／之间 ，足 以适应一般离 ． — ２０ｍ ｓ ０
心泵 内流场研究的需要。
国家杰 出青年 基金 （ ８５ ０ ）和 江苏省 自然基 金攀 登项 目 ５ ２９ ２ ０
（Ｋ ０９ １） 助项 目 Ｂ ２０２８ 资
轮进 口处 的旋涡旋转 方 向与 叶片旋转 方 向相 同 ， 而 出 口处 的则 相反 ，整个流道几 乎完 全被阻塞 ，
如图 ３ 示。 所
口。而在 国内利用 ＰＶ技术专 门研究动静干涉现 Ｉ 象 的学 者较少 。较早起步 的是朱宏武 、薛郭松和
董守平 旧 利用 ＰＶ技术研究离心泵扩散段第 Ⅷ断 Ｉ 面内流场 ，分析影 响流动因素很多 ，如流体与蜗 壳 壁之间的摩擦 ，压力梯度 与离心力不平衡所造 成二次流以及 曲率对流动结构 的影响等。孙荪
图 ｌ 离心泵内流场二维 ＰＶ测量 系统示意图 Ｉ
２１年第５ ００ 期
小 番柱 采
・ ・ ３
直延 伸至扩压器 的前 缘 。Ｗｕ ａｔ 等利用 ＰＶ ｉｕ ㈣ ｂ Ｉ 技术 分别在设计工况 和非设计工况下成功测试到 带无 叶扩压器 的离心 泵 内瞬态 流场的分 布特点 ， 在 叶 轮 叶 片流 道 及 无 叶扩 压 器 流道 内 同时 观 测 到 射 流尾 迹 流动 模 式 ，在 非 常 小 流量 工 况 下 发 现 在 无 叶 扩压 器 中形 成 的较 大 不 稳 定 流 繁 衍 到 叶 轮 出
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离心泵 内部 流动 ＰＶ测试研究进展 木 Ｉ
李亚林 袁寿其 汤 跃 袁建 平
（ 江苏大学流体机械工程技术研究 中心 ，镇江；２ ２ １ １０３）
摘 要 ：粒 子图像测速技术 （ａｔ ｌ ｍａｅ ｅｏｉｅｒ，简称 ＰＶ Ｐ ｒｃ Ｉ ｇ Ｖ ｌ ｍ ｔ ｉｅ ｅ ｙ Ｉ ）是一种非接触式 的流场显示技 术 ，它综 合了 单点测量技术 和显示 测量技术 的优点 ，广泛应用 于离心泵内部流动 的研究 。简单介绍 了典型的离心泵 内流场二 维 ＰＶ Ｉ 技术测试 系统 ，总结 了适用 于二维 Ｐｖ光路 测试要求 的离心泵模型设计特点并分析其原 因 ，重 点从离心泵 内部 流动现 Ｉ
１ 适用 Ｐ Ｖ测量用的离心泵模型 Ｉ
典 型 的 离 心 泵 内 流 场二 维 ＰＶ测 试 的系 统 如 Ｉ 图 １ 示 ，主要 由研 究 的对 象 离 心 泵 模 型 、反 映 所 流 场 流 动 的示 踪 粒 子 和 ＰＶ 系 统 组 成 ，其 中 ＰＶ Ｉ Ｉ
理论研究 、数值模拟计算 和试验研究 ，其 中试 验
自己的优点及适用范 围 ［ １ １ 。如果 以离心泵 内流场
为研究对象 ，相 比于其它测量技术 ，ＰＶ技术有着 Ｉ 自身的优点 ：首先 ＰＶ技术是一种非接触式测量 Ｉ 技术 ，可 以不干扰离心泵 内流场进行测量 ；其次
它能显示 离心泵 内流场 的整 体结构 和瞬态 图像 ， 可 以得 到 离 心 泵 内流 场 全 局 性 的定 性认 识 ；再 其 次它的测量精度和分辨率都很 高， 以获得精确的 可 定量结果 ；最后它的速度测量范围也很宽 ，以双