离心泵内部流动PIV测试研究与三维数值模拟

摘要

近年来,粒子图像测速技术(PIV,Particle Image Velocimetry)发展比较迅速,该技术应用范围比较广泛,已成为研究复杂流场的一种有效测试手段。虽然很多学者在离心泵内部流动方而研究比较多,对离心泵内部的流动结构和流动规律也有了一些认识,但由于离心泵内部流动比较复杂,许多流动现象的流场结构和产生机理仍不是太清楚,因此还需做大量相关的研究工作。为了揭示离心泵内部流动的规律,及其外特性规律,本文采用数值模拟与试验研究相结合的方法,研究离心泵内部流动趣律,为离心泵的设计和改进提供了一定的理论依据。
　　 本文的主要工作如下：⑴系统概述了国内外学者在离心泵方面的研究成果及现状。⑵利用Pro/E三维造型软件进行叶轮、蜗壳实体造型,并在Gambit软件中进行网格划分后,导入Fluent软件进行泵内流动数值模拟,并对结果进行了分析。⑶搭建了一套同时满足水泵外特性试验和PIV测试要求的试验台,并在转速为2900r/min工况下,进行水泵的外特性试验,得到了水泵的性能曲线,与数值模拟预测结果进行对比,两者在总体上基本吻合。⑷利用PIV技术,分别在0.4、1.0和1.2倍设计流量的工况下,对离心泵叶轮内部流场进行试验研究。测试窗口分别取在三个不同的叶槽中,在每个叶槽中选取两个断面(中截面和距离前盖板为5mm的截面)。在测得叶轮内部的绝对速度矢量后,按照速度三角形原理对绝对速度进行分解,从而得到了相对速度分量,对其进行分析,揭示了叶轮内部流场的分布规律。根据试验结果可知,采用三维PIV技术对离心泵内部的流场进行研究是可行的,能够反映离心泵内部实际情况的三维流场,其研究成果可为离心泵设计提供重要的参考。