离心叶轮内流场的PIV实验.pdfVIP

农 业 机 械 学 报 第38卷第l2期 离心叶轮内流场的PIV实验* 严 敬 ‘邓万权 杨小林 刘 忠 万 毅 【摘要】 离心叶轮内流场的流动规律是泵的扬程、效率等外特性指标的决定因素。以PIV测试系统在一自行 研制的透明离 D,,t-轮内多工况测试T相对速度分布。以大量实验数据为依据，总结了叶轮内流场一些流动规律，并 以理论方法分析揭示了这些规律的力学原因。 关键词：离心叶轮 内流场 PIV系统 实验 动力分析 中图分类号：TH331 文献标识码：A 测试系统的核心设备为美国TSI公司的PIV 引言 测试装置，测试过程具有无接触、全流场、瞬时的特 离心泵的扬程、效率等外特性实际是泵的叶轮 点。测试装置的双YAG脉冲激光器产生脉冲片状 等过流部件内水流流动现象的外部表现，充分认识 光源，1 024×1 024 CCD摄像机与测试平面垂直布 叶轮内的流动规律成为预测泵的性能，改进叶轮设 置，安装在电动机轴上的自制脉冲触发器实现锁相 计方法的基础。 功能，保证始终仅测试同一叶片流道。水中散布的空 针对叶轮正问题的研究途径不只一种，但是只 心玻璃球示踪粒子具有良好的跟随性和光散射 有测试方法获得的叶轮内流动信息才能最客观、最 性 引。 准确地反映叶轮内的真实流动状态。本文利用PIV 2 测试工况及运动转换 系统对一专门设计的离心叶轮多工况进行测试和矢 量计算、流体力学的定量分析。 叶轮实验转速为400、600和800 r／min，每个转 速下的3个实验流量分别为设计流量、1．167倍及 1 实验装置 0．779倍设计流量。不同转速的大、中、小流量与转 离心泵的内流场实验在西华大学流体机械省重 速关系满足泵的相似定律。 点实验室的一开式实验台上完成。专项设计的离心 PIV系统直接输出为测试平面上各点的时均绝 叶轮有如下结构特点：叶轮前后盖板出口部分均垂 对速度，不含脉动分量。 直于叶轮轴心线，由文献[1～2]介绍，这种叶轮内的 本文以Matlab软件编程计算各工况下半径分 别为5O、6O、7O、8O、90 mm圆周上相对速度的大小 流动有明显的二维特征，因此测试平面仅取为最有 与方向，获得要求的相对速度矢量图(图1)。 代表性的叶轮中间流面。叶轮的4个圆柱形叶片的 工作面和背面均为对数螺旋线，极坐标方程为：r一 12O 19exp(0tan30)，这种叶片的安放角3O。是一个常数， 1OO 曲线曲率半径随半径增大而增长，这些良好的几何 l 8o 特性保证了各实验工况下均未观察到叶片表面的脱 60 流现象。叶轮进、出口半径为2O、90 mm。为避免反 4O 光干涉，叶轮背面涂黑。叶轮和蜗壳均以有机玻璃制 2O 30 40 5O 6O 7O 8O 90 100 成。叶轮由日