开敞式进水池内部流动的3DPIV实验研究

【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。