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开敞式进水池内部流动的3DPIV实验研究

李大亮  
【摘要】:进水池是连接泵站前池和水泵进口之间的一过渡段,目的是给水泵提供良好的进水流态,尽量满足水泵进口的设计条件。通常采用模型试验方法来改善进水池的流态;近年来,随着数值模拟技术和计算机图像技术的发展,其研究手段日趋多样化。本文着眼于进水池研究的关键问题—流场的精确测量,在国内首次采用3DPIV技术,获得了可靠的测试数据。这对有效地揭示进水池内部流动的本质、校正CFD计算的数学模型及边界条件、优化进水池的水力设计,具有重要的现实意义。 作者设计、安装了一套适合3DPIV测量的实验装置。其中,叶轮直径为150mm,进水池采用透明有机玻璃板制作,形状为矩形。首先,在转速为1450r/min工况下,进行了水泵的外特性实验,得出了水泵的性能曲线;其次,利用三维粒子速度场仪,在解决了进水池中测量断面的三维标定之后,测取了进水池内喇叭管下方流动水体的三维流场;再次,通过对测试数据的后处理,获得了测量区域三个视角流场的整体分布图,分析了测量区域流场的流动规律,并将测试数据和已有的测量和计算结果进行了比较;最后,讨论了测量过程中误差产生的来源,提出了减小误差的方法。 实验结果证实,采用3DPIV技术对开敞式进水池内部流动开展实验研究是完全可行的,能够获取反映实际情况的三维流场,这对验证数值计算结果,优化水力设计,保证水泵安全高效运行有较大的帮助。


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