实验用离心泵叶轮内流场的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］。

PIV技术的原理与应用1. 什么是PIV技术？PIV（Particle Image Velocimetry）技术是一种用于测量流体中速度变化的光学测量技术。

它基于成像和粒子追踪的原理，通过记录流体中的颗粒运动轨迹，从而推断速度信息。

PIV技术可以应用于多个领域，包括流体力学研究、流体工程、航空航天等。

2. PIV技术的原理PIV技术的原理基于两个主要步骤：成像和粒子追踪。

2.1 成像在PIV实验中，成像是通过激光束照射流体中的颗粒，形成一个平面投影，并利用高速摄像机记录下颗粒的图像。

成像过程中需要注意以下几点：•使用适当的激光光源，以确保产生足够能量的光线来照亮流体中的颗粒，同时避免对流体的影响。

•选择适当的摄像机来记录图像。

高速摄像机通常具有较高的帧率和分辨率，可以捕捉到颗粒的快速运动。

2.2 粒子追踪粒子追踪是PIV技术中的核心步骤，它通过分析颗粒在连续图像帧中的位移来推断流体的速度。

粒子追踪主要包括以下两个步骤：•特征提取：在每一帧图像中，使用适当的特征提取算法找到颗粒的位置。

常用的特征提取算法包括亮度加权相关方法和互相关方法。

•位移估计：通过对颗粒在不同帧之间的位移进行比较，可以估计出流体的速度。

位移估计通常使用相关与平均方法或剪切相关方法。

3. PIV技术的应用PIV技术以其快速、非侵入性和高精度的特点，得到了广泛的应用。

以下是PIV技术在不同领域中的应用示例：3.1 流体力学研究PIV技术在流体力学研究中起着至关重要的作用。

通过使用PIV技术，研究人员可以获得流体中不同位置的速度分布和涡旋结构等信息。

这有助于深入了解流体运动的本质，优化流体系统的设计。

3.2 流体工程PIV技术在流体工程中的应用非常广泛。

例如，在风洞实验中，通过使用PIV 技术，可以获得飞机在风中的速度分布和风阻等参数。

这对于飞机设计和气动性能评估非常重要。

3.3 航空航天PIV技术在航空航天领域中也有广泛的应用。

例如，在火箭推进系统中，PIV 技术可以帮助研究人员分析燃烧室内的流动特性，优化燃烧效率。

piv原理PIV原理（Particle Image Velocimetry）是一种用于测量流体中速度分布的非侵入式光学测量方法。

它通过在流体中注入或产生一些可追踪的颗粒，利用高速摄像机记录颗粒在不同时间间隔内的运动轨迹，从而得到流体中各点的速度信息。

PIV原理的基本步骤包括：颗粒标记、图像采集、图像处理和速度计算。

首先，在流体中加入适当大小的颗粒，这些颗粒可以是液滴、烟尘、气泡等，它们需要具有足够的散射性和可追踪性。

然后使用高速摄像机拍摄流场图像，通常需要两张或多张图像。

接下来，对采集到的图像进行处理，如图像配准、噪声去除、亮度均匀化等，以提高测量的准确性。

最后，通过计算图像中颗粒的位移，可以得到流体中各点的速度分布。

PIV原理的核心在于通过测量颗粒在图像中的位移来推导出流体的速度。

在图像处理过程中，常用的方法有互相关法、全局法和局部法等。

互相关法是最常用的方法，它通过比较两幅图像中的亮度分布，找出最佳匹配的位移，从而得到颗粒的位移。

全局法则是将整幅图像分成小块，通过比较块与块之间的亮度来得到位移场，进而计算出速度场。

局部法则是在某一位置处选取一个小区域，然后在这个区域内进行亮度分布的匹配，得到该位置的速度信息。

PIV原理具有以下优势：首先，它是一种非侵入式的测量方法，不需要直接接触流体，避免了传统测量方法可能引入的扰动。

其次，PIV可以在整个流场范围内同时测量大量的速度数据，从而得到更全面的流动信息。

此外，PIV可以实时测量流场的变化，对于研究流体动力学和流体力学问题具有重要意义。

然而，PIV原理也存在一些限制和挑战。

首先，颗粒的运动轨迹需要清晰可见，因此在某些流体中，如气泡、烟雾等流场中，颗粒的可追踪性较差，从而影响了测量结果的准确性。

此外，流场中的颗粒分布不均匀，也会对测量结果造成一定的影响。

另外，由于图像处理的复杂性，PIV的计算量较大，需要使用高性能计算机进行处理。

此外，对于高速流动或较小尺度的流场，PIV的测量精度也会受到一定限制。

piv实验报告PIV实验报告引言：PIV（Particle Image Velocimetry）是一种用于测量流体中速度场的非侵入式实验技术。

通过投射激光束照亮流体中的颗粒，再通过高速摄像机捕捉颗粒的运动轨迹，从而得到流体的速度分布。

本实验旨在通过PIV技术研究流体的流动特性，探索其在工程领域的应用。

实验装置：实验装置由激光器、光学系统、流体容器、高速摄像机和数据处理系统组成。

激光器产生一束高能激光束，通过光学系统聚焦到流体容器中的感兴趣区域。

高速摄像机以高帧率连续拍摄流体中颗粒的运动轨迹，并将图像传输至数据处理系统进行后续分析。

实验步骤：1. 准备工作：清洁实验装置，确保光学系统无尘，流体容器无杂质。

2. 调试激光器：调整激光器的功率和聚焦点，使其能够提供足够的照明强度。

3. 准备流体：选择适当的流体，并在容器中注入。

确保流体的温度和浓度符合实验要求。

4. 设置摄像机参数：根据实验需求，设置摄像机的曝光时间、帧率和分辨率。

5. 拍摄图像：将摄像机对准感兴趣区域，开始连续拍摄图像。

6. 数据处理：将图像传输至数据处理系统，使用PIV软件对图像进行处理，得到速度场分布。

实验结果：通过对实验数据的处理和分析，我们得到了流体中的速度场分布图。

在流体容器中，我们观察到了流体的流动特性，并得到了以下结论：1. 流速分布：在流体中心区域，流速较快，流速逐渐减小，形成速度梯度。

这与流体在管道中的流动规律相符。

2. 湍流现象：在某些区域，我们观察到了湍流现象，即流体的速度变化非常剧烈，形成涡旋。

湍流现象对于工程领域的流体控制和能量转换具有重要意义。

3. 边界层：在流体与固体壁面接触的区域，我们发现了边界层的存在。

边界层是流体流动的特殊区域，对于流体的传热和质量传递起着重要作用。

实验讨论：通过PIV实验，我们成功地研究了流体的流动特性，并得到了流体的速度场分布。

这对于理解流体力学、优化工程设计以及解决流体相关问题具有重要意义。