双叶片离心泵内动静干涉的三维PIV测量

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（ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
刘厚林，杨东升，谈明高，王凯，庄宿国
（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）
摘要：为研究叶轮与蜗壳的动静干涉作用，采用三维ＰＩＶ对一双叶片离心泵最优工况下叶轮流道内３个截面内的流动进行了测量，每个截面内测量９个叶片位置．结果表明：随着叶片与隔舌距离的不同，叶轮流道内的相对速度场和轴向速度场发生了明显的变化；当叶片在隔舌与蜗壳１断面间时，流道内的流量最小，相对速度场分布最为均匀；在前盖板附近吸力面的流道出口出现了低速区，形成了射流－尾迹结构，并在流道进口发现较强的轴向速度；当叶片随着旋转方向远离隔舌时，流道内的流量逐渐增大，在叶片压力面进口出现了流动分离并产生了旋涡，而流道出口的相对速度变得平稳，同时流道进口的轴向速度减弱；当叶片随着旋转方向靠近隔舌时，叶轮流道内的流量逐渐减小，流道进口的旋涡减弱并消失，流道出口的压力面附近相对速度降低，吸力面附近的相对速度增大，同时流道进口的轴向速度继续减弱．关键词：双叶片离心泵；动静干涉；ＰＩＶ测量；旋涡；射流－尾迹中图分类号：Ｓ２７７９；ＴＨ３１１㊀文献标志码：Ａ㊀文章编号：１６７４－８５３０（２０１２）０４－０３８４－０６
２０１２年７月㊀第３０卷㊀第４期Ｊｕｌｙ２０１２Ｖｏｌ．３０㊀Ｎｏ．４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０１２．０４．００３
双叶片离心泵内动静干涉的三维ＰＩＶ测量
３ＤＰＩＶｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｒｏｔｏｒｓｔａｔｏｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｄｏｕｂｌｅｂｌａｄｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ
ＬｉｕＨｏｎＭｉｎｇｇａｏ，ＷａｎｇＫａｉ，ＺｈｕａｎｇＳｕｇｕｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒｖｏｌｕｔｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎａｄｏｕｂｌｅｂｌａｄｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ，ｔｈｅｆｌｏｗｉｎｔｈｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｐａｓｓａｇｅｓｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｗｉｔｈｎｉｎｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎａｂｌａｄｅａｎｄｔｈｅｔｏｎｇｕｅｏｆｖｏｌｕｔｅａｔｔｈｅｂｅｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｎｄａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｒｅｇｒｅａｔｌｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎａｂｌａｄｅａｎｄｔｈｅｔｏｎｇｕｅ．Ｗｈｅｎａｂｌａｄｅｉｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｏｎｇｕｅａｎｄｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎ１ｏｎｖｏｌｕｔｅ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｎｔｈａｔｐａｓｓａｇｅｉｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｉｓｕｎｉｆｏｒｍ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｒｅｉｓａｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｚｏｎｅｉｎｔｈｅｃｏｒｎｅｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｈｒｏｕｄａｎｄｔｈｅｂｌａｄｅｓｕｃｔｉｏｎｓｉｄｅａｔｔｈｅｐａｓｓａｇｅｏｕｔｌｅｔ，ｃａｕｓｉｎｇａｊｅｔｗａｋｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｔｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒｏｕｔｌｅｔ．Ａｈｉｇｈｅｒａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｒａｎｇｅｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄａｔｔｈｅｐａｓｓａｇｅｉｎｌｅｔ．Ａｓｔｈｅｂｌａｄｅｌｅａｖｅｓｆａｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｔｏｎｇｕｅｄｕｅｔｏｉｔｓｒｏｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｎｔｈｅｐａｓｓａｇｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｆｌｏｗｉｓｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｂｌａｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｄｅ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｖｏｒｔｅｘｔｈｅｒｅ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｐａｓｓａｇｅｏｕｔｌｅｔｂｅｃｏｍｅｓｕｎｉ，ａｎｄｔｈｅａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｐａｓｓａｇｅｉｎｌｅｔｄｅｃｒｅａｓｅｓａｓｗｅｌｌ．Ａｓｔｈｅｂｌａｄｅｇｅｔｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｆｏｒｍｔｏｎｇｕｅ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｎｔｈｅｐａｓｓａｇｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｃａｌｅｏｆｔｈｅｖｏｒｔｅｘｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｄｉｓａｐｐｅａｒｓｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｂｌａｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｄｅｏｕｔｌｅｔｉｓｌｏｗｅｒｅｄ，ｂｕｔｔｈａｔａｔｔｈｅｂｌａｄｅｓｕｃｔｉｏｎｓｉｄｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｐａｓｓａｇｅｉｎｌｅｔｃｏｎｔｉｎｕｅｓｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅｂｌａｄｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；ｉｍｐｅｌｌｅｒｖｏｌｕｔｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ＰＩＶｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｖｏｒｔｅｘ；ｊｅｔｗａｋｅｆｌｏｗ

零流量工况下双叶片泵内部流场三维PIV测量

零流量工况下双叶片泵内部流场三维PIV测量王凯;刘厚林;袁寿其;谈明高;杨东升【摘要】Inner flow in a double-blade pump impeller, whose specific speed is 111, was measured under zero flow rate condition by using 3-D PIV test technology. In order to ensure the accuracy of 3-D PIV test, the external trigger synchronization system which was made with fiber optic and equivalent calibration method was applied. In Visual C+ + 2005 platform, according to the velocity triangle, 3-D PIV velocity synthetic procedure was compiled to obtain the relative velocity synthesized by the absolute velocity and the circular velocity. The results showed that volute tongue had greater impact on the absolute velocity field within the impeller. There were vortices regions at three measurement surfaces within impeller, but the sizes and locations of vortices were different. Moreover, there was a low velocity region at the volute diffuser, the absolute velocity values in the region were less than 0. 62 m/s, and there were vortices at the volute diffuser. The axial velocities values of impeller passage, volute diffuser and region near volute tongue were different at three measurement planes.%采用三维PIV测试技术对一比转数为111的双叶片泵零流量工况下的内部流动进行了测量.采用基于光纤制作的外触发同步系统和等效标定方法等关键技术来保证三维PIV测试精度.在Visual C++2005平台下,根据速度三角形,编写了三维PIV速度合成程序,将测量的绝对速度与圆周速度合成得到相对速度.结果表明:隔舌对叶轮内绝对速度场影响较大；叶轮流道内3个测量平面上都存在较大范围的漩涡区,但漩涡的大小、位置有所不同；蜗壳扩散段存在低速区域,该区域的绝对速度小于0.62 m/s,且存在漩涡现象；3个测量平面上,叶轮流道内、蜗壳扩散段及隔舌附近区域的轴向速度各不相同.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(042)007【总页数】5页(P61-65)【关键词】双叶片泵;零流量工况;内部流场;三维PIV;漩涡【作者】王凯;刘厚林;袁寿其;谈明高;杨东升【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TH311引言目前，普遍采用CFD技术和现代流场显示技术来研究泵内的流动特征［1～10］。

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）ＨＡ、激光多普勒测速仪（Ｄ、相位多普勒Ｌ粒子分析仪（ＤＡ、声学多普勒水流仪（Ｄ）ＰＰ）ＡＶ以及粒子成像速度场仪（ＶＰ）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ＴＩＩＳ公司和Ａｒｍｅｉ公司、德国的Ｌｖｓｎ公司以及ｅｏｔｃｒｓａｉｏｉ丹麦的Ｄｎｃ司等均有成套产品推出，ＰＶ系ａｔ公ｅＩ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，Ｋａｓ利用快ｒｅｕ
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

离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟的开题报告

离心泵多设计方案下内流PIV测试及其非定常全流场数值模拟的开题报告一、研究背景及意义离心泵是一种广泛应用于工农业生产、交通运输和生活领域的流体机械设备。

其具有结构简单、易于维护、安装方便、运转平稳和效率高等优点，因此被广泛应用于各个领域。

然而，在离心泵的运行过程中，由于复杂的流动场和转动机件之间的相互作用，可能会产生一些不可避免的问题，如振动、噪声、损耗等，这些问题在很大程度上影响了离心泵的运行效率和使用寿命。

因此，对离心泵的流动特性进行深入研究具有很大意义。

现有的离心泵研究主要集中在稳态流动方面，对于流动的非定常性质很少涉及。

而离心泵受流量和转速等工作条件的影响，其内部流场往往也是非定常的，因此对于离心泵非定常全流场数值模拟研究的开展也具有重要意义。

内流PIV测试技术是一种可以获取全场速度矢量的实验方法，可以提供全方位的流场信息，为离心泵非定常全流场数值模拟提供了可靠的实验数据验证。

二、研究内容及研究方案本课题旨在针对离心泵内部流场进行研究，具体内容包括：1.设计多种不同流道结构的离心泵，并进行流场敏感性研究，选择合适的离心泵进行后续实验研究。

2.使用内流PIV技术对离心泵内部流场进行测量，获取全场速度矢量数据，并与已有的稳态流动实验数据进行对比和分析。

3.建立离心泵的非定常全流场数值模型，采用CFD软件对不同工作条件下的离心泵内部流场进行模拟计算。

4.将实验测试结果与数值模拟结果进行对比分析，验证数值模拟的可靠性，并深入分析离心泵内部流场的特性。

5.探索离心泵的优化设计方向，包括流道结构、转子叶片角度和曲率等参数的优化。

三、研究计划及预期成果本研究计划分为三个阶段，具体计划如下：1. 第一阶段（3个月）：完成多种不同流道结构的离心泵设计，进行流场敏感性研究，并选择合适的离心泵进行后续实验研究。

2. 第二阶段（6个月）：使用内流PIV技术对离心泵内部流场进行测量，并进行数据分析和处理。

3. 第三阶段（9个月）：建立离心泵的非定常全流场数值模型，并进行模拟计算。

大出口角离心泵叶轮内部流动的PIV测量分析

管固定导叶相互作用区域的尾迹，文中他们用瞬时流线和速度云图描述了流动分离的以及流动再附着
的特征。Ｄｎ等人【使用流场可视化技术证明ｏｇ冽了整个蜗壳内的流动状况是脉动的，因此那些时均
平面内的反射光来测量瞬时速度场的可视化测量技
术悯Ｉ。ＰＶ系统的示意图如图１示。试验中用一所
挂钩。
一
圈困
ｃ
咽
般的典型ＰＶ实验中使用的示踪粒子的浓Ｉ
度都可以达到每个查问窗口内都至少存在一定数量的示踪粒子（最少５）个。这些粒子在液体内的分
布是随机的，这样示踪粒子可以形成一种随机的粒
图２通过示踪粒子照片对获取速度的示意图
子样式（ａｉｅｐｔｒ。计算速度的互相关算法ｐｎｃａｅ）ｌｔｎ并不追踪单个粒子，而是找到这个粒子样式的平均位移。追踪单个粒子的算法也是存在的，不过这些方法通常使用在激光粒子追踪测速技术中（）Ｖ，
源，测量时这个光平面的位置需要精确定位，这样就可以实现在光平面内的流动测量。ＰＶ技术不同Ｉ于激光多普勒测速技术（ａｅｏｐｅｅｏｉｅＬｓｒＤｐｌＶｌｍ — ｒｃｔ，ＬＶ，ＬＶ技术是一种单点测量方法网ｒＤ）Ｄｙ，而
内，而很少同时对多个叶道同时进行测量。
１引
言
泵是一种应用非常广泛的通用机械，在人类生产、生活中发挥着巨大作用。各种类型及各种尺寸
的泵也随着新的应用需要而不断地被创造出来并应

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