示踪粒子在离心泵内流场跟随性的影响因素分析

摘要

以修正后适用于低雷诺数下粒子在离心泵叶轮内运动方程为基础,给出离心泵内流场粒子成像测速(Particle imagevelocimetry,PIV)测试中示踪粒子跟随性的数学表述。据此对离心泵内流场中示踪粒子的运动进行数值计算,讨论粒子跟随性对粒子物理特性和离心泵内流场性质的依赖关系。并在现有几种模型基础上对比讨论各项力对粒子跟随性的贡献,指出各模型的优缺点。计算结果表明,密度接近流体的密度的中性悬浮粒子跟随性较好;对于密度较大的粒子只有粒子直径足够小才能跟随到一定范围内湍流角频率的流动;粒子径向跟随性比周向复杂得多;在离心泵叶轮内低速漩涡区粒子跟随性较差,尤其是在径向方向上;离心泵叶轮旋转引起的离心力和科氏力以及流道弯曲产生的离心力对粒子跟随性影响很大。通过了解和掌握这些因素的影响,对于离心泵内流场PIV测试中采用合适的示踪粒子和控制粒子跟随性误差具有重要的理论指导意义。