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带涡旋阻止器的封闭式水泵吸水池流场的PIV试验研究

张波涛  
【摘要】: 水泵吸水池是泵的进口前的过流部分。水泵吸水池设计的合理与否,会直接影响到泵站的运行效率和安全。但其内部流场非常复杂,特别是在吸入管的周围,分布着十分复杂的涡,这些涡的存在使泵站的性能恶化。随着对水泵效率越来越高的要求,设计恰当的吸水池,减少旋涡的产生成为改善水泵性能和提高效率必不可少的步骤。研究水泵吸水池内部的流场,找出其内部流场的规律,并以此为基础设计出新型水泵吸水池,是水泵吸水池未来发展的重要趋势。 论文首先对PIV技术进行了研究。研究了PIV的应用范围、原理及使用方法。从理论上分析了采用PIV技术研究水泵吸水池流场的可行性,并得出了利用PIV技术测量分析流场的步骤。其次,论文先后对一种新型封闭式吸水池及其改进设计(增加一个T型涡旋阻止器)的内部流场进行了PIV(粒子成像测速技术)试验测量,通过分析流速图、流线图、湍动能图和涡量图,获得了新型水泵吸水池的性能,同时通过对比两种吸水池内部流场的环量、空化初生水流速度、三维速度以及三维湍动能,表明改进后的吸水池结构能够很好的避免和减少各种涡的发生,优化了吸水池内部的流动状态,从而可以提高泵站的效率和性能。 论文的另一部分工作是对封闭式水泵吸水池比尺效应的研究。很多工程问题单纯靠理论分析是不能求得解答的,而多要依靠实验研究来解决。相似原理就是实验的理论依据,同时也是对液流现象进行理论分析的一个重要手段,在本论文的研究中,应用模型实验来研究,即在一个和原型水流相似而缩小了几何尺寸的模型中进行实验。为了将实验模型的结果应用到原型中,论文给出了模型与原型在旋涡初生空化数、水力损失等方面的换算公式。


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