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轴流泵叶轮出口流场的3D-PIV测量

耿卫明  
【摘要】:轴流泵叶轮出口的流场是具有强烈三维紊流特征的旋转流场,它既反映了叶轮的出流情况又为导叶提供了进口条件,本文在国内首次采用3D—PIV技术对该流场进行了精确测量,这对有效揭示叶轮出口流动规律、校正CFD计算的数学模型和边界条件,优化叶轮设计具有重要的意义。 实验装置中轴流泵选用ZM60水力模型叶轮,直径为150mm,共有4张扭曲叶片,为了测试的需要,取消后导叶,采用全透明圆柱形叶轮室,并在外面套上一内注清水的方形水箱,这样可以有效减小圆管曲面折射造成的误差。 在转速为1450r/min时对轴流泵进行了外特性测试,得出水泵的性能曲线;确定出小流量、设计流量、大流量等五种测流工况。对叶轮出口径向的6个测流轴面,轴向的3个测流轴面所形成的环状区域进行了测量;采用互相关理论对实验图像进行分析,得出每个测试轴面的径向速度、轴向速度和圆周速度分布图,并经过后处理得出各种工况下测试区域的空间流线分布图、垂直圆管轴的剖面径向速度、轴向速度和圆周速度分布云图,分析得出叶轮出口的流场呈螺旋形向外运动的趋势,水流具有较为明显的三维紊流流动特征的规律,最后对实验误差进行了分析。 从对试验结果的分析可知,采用3D—PIV技术对轴流泵叶轮出口的流场进行研究是可行的,能够反映实际情况的三维流场,为轴流泵设计提供重要的参考,对CFD数值模拟结果进行验证。


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