用LDV和立体PIV对轴流式水轮机转轮出口流动进行的试验研究

摘要

在过去的几年里，水力机械领域的激光和光学测量技术取得了相当大的进展。非干扰测量例如粒子成像测速技术（PIV）和激光多普勒测速仪（LDV）都很适合这类应用，但是这些技术运用起来并非没有困难，这是由于空气／玻璃／水的分界面的折射率在光学布置中起到一个很重要的角色。细心的CAD设计因此很必要，已考虑所有影响试验结果的参数以获得精确的测量结果。本试验工作主要关注于模型轴流式水轮机转轮出口的流动测量。使用了带有Scheimpflug角位移系统的立体数字式PIV，流场结果和2D-LDV测量进行了比较，设计了一种PIV的三维标定方法，并评估了不确定度的水平。转轮的许多不同相位的速度和湍流参量已经取得在统计概念上收敛，给出了流动现象，湍流动能和速度的三个分量方面的信息。进行了水轮机设计工况和非设计工况的研究。用二维LDV在模型锥管的三个径向位置进行了测量，即在尾水管进口，转轮出口处进行了测量。轴线的位置和三维PIV平面是正交的。轴向和圆周速度是在和三维PIV测量在相同的运行区域下进行追踪的，以用于对比的目的和进行流动现象的研究。对流场的二次流动的识别作为重点进行。对湍流动能结果也进行了研究，以便对项目的数值仿真阶段给出更好的边界条件。