离心泵压水室内部定常和非定常流动PIV测量.pdf

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1、第26卷第7期1282010年7月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．7Jul．2010离心泵压水室内部定常和非定常流动PIV测量邵春雷，顾伯勤，陈晔(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)摘要：为研究离心泵压水室内的流动特性，利用PIV技术在内同步和外同步模式下分别测量了其内部的定常和非定常流场，详细分析了压水室内部流动现象和流动规律。结果表明，压水室内速度沿轴向分布均匀，随圆周角增大而减小：在叶轮和压水室的交界处，存在清晰的速度分界线；受蜗舌的分流作用，部分流体回流

2、入叶轮流道，扩散管入口处速度显著降低；压水室内部周期性非定常流动规律明显，第VIII断面上，速度的大小和波动幅度沿径向均旱减小趋势，周向速度的波动与叶轮流道内部高速流区的位置有关，而径向速度的波动主要受叶片干扰和哥氏力的影响。研究结果为压水室设计以及离心泵内部流动的试验研究提供了借鉴。关键词：离心泵，定常流动，非定常流动，压水室，粒子图像测速doi：10．39698．issn．1002一doi：10．39698．issn．1002—6819．2010．07．023中图分类号：035，TH3ll文献标识码：A文章编号：1

3、002-6819(2010)一07—0128-06邵春雷，顾伯勤，陈晔．离心泵压水室内部定常和非定常流动PIV测量[J】．农业工程学报，2010，26(7)：128—133．ShaoChunlei，GuBoqin，ChenYe．MeasurementofsteadyandunsteadyflowincentrifugalpumpsspiralcasingusingPIV[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(7)：128—133．(inChinesewithEnglishabs仃ac00引言

4、压水室位于叶轮之后，它收集从叶轮中流出的流体，并输送到排出口，是离心泵的重要过流部件之一。长期以来，人们对离心泵内部流动现象的研究大多集中在叶轮内部【l’7】，相比而占，关于压水室内部流动的研究相对较少，Dong[8】和Chuf9】等人曾对压水室内的速度场、压力波动和噪音之间的关系作过初步研究，Gonzalez等人【lo】采用数值模拟的方法研究了叶轮和蜗壳的交互作用，分析了压水室内的流场。赵斌娟等人⋯。13】基于滑移网格和RNG湍流模型计算了双流道泵内的非定常流动，并采用粒子图像测速(particleimagevelo

5、cimetry，简称PIV)技术测量了内部流场，得到了压水室内的流动规律。事实上，压水室内部流动并不比叶轮内部流动简单，它不仅与压水室本身结构尺寸有关，而且受叶片干涉和叶轮出口流动的影响，上游不均匀的流场在压水室内的衰减过程同样影响整个离心泵的水力性能。压水室内部流动的研究可为提高离心泵的水力效率，降低由于水力因素引起的泵的振动和噪音指明方向。PIV技术是近20几年发展起来的一种非接触、瞬时、动态、全流场的速度场测量技术，已成为研究复杂流场的一种重要手段【141，该技术适用于压水室内部流动的研究。本文采用PW技术，在内

6、同步和外同步模式下，分别对改形设计后的离心泵压水室的内部整体流场和蜗舌收稿R期：2009．10-23修订日期：2010-01-27基金项目：南京工业大学青年教师学术基金(39702008)；中国石油化工集团公司科技开发项目(309007)作者简介：邵春雷(1981一)，男，江苏南通人，博士，主要从事流体测控技术和流体机械研究。南京南京工业大学，210009。Email：iv032lscl@163．coin附近的局部流场进行了定常和非定常测量【151，对其内部流动现象和规律进行了分析，探讨了湍流结构及流动机理，为压水室设

7、计理论和方法的改进以及离心泵内流动的试验研究提供了借鉴。1试验装置1．1PIV系统PIV的基本工作原理如图l所示，在流场中撒布合适的示踪粒子，用脉冲激光片光源照射所测流场，通过成像记录系统摄取2次曝光的图像，再用粒子图像相关的方法处理PIV图像，获得每一查询区中粒子图像的平均位移，由此确定流场的速度。图1PIV测量系统简图Fig．1Sketchmapofparticleimagevelocimetrymeasurementsystem本文使用的PIV系统主要硬件为Sol0200XT型双脉冲式激光器、分辨率为l600×1

8、200像素的ES2001型互相关CCD、SM．SYNCl0型同步控制器。使用的MicroVec第7期邵春霄等：离心泵压水室内部定常和非定常流动PIV测量129V2．0软件集成了实时粒子图像测速计算、粒子跟踪测速计算、浓度场分析和粒径分析等功能模块【16】。试验所用的示踪粒子采用了平均直径为10胛的轻质A120，，该粒子的比表面积较