离心泵流道中固体颗粒速度场的粒子成像测速(PIV)-中国科技论文在线.PDFVIP

中国科技论文在线 第 14 卷　第 3 期 农 业 工 程 学 报 V o l. 14　N o. 3 1998 年 9 月 T ran sact ion s o f th e C SA E Sep t. 1998 离心泵流道中固体颗粒速度场的粒子 成像测速(P IV ) 分析与研究 ① 许洪元 　卢达熔　焦传国　罗先武 (清华大学) 摘　要　粒子成像测速(P IV ) 技术是随高速摄影技术和计算机图像处理技术发展起来的一种速 度量测技术。该文将 P IV 技术应用于离心泵流道中固粒速度场的研究。开发了一套W in dow s 界 面的速度分析软件, 分析了具有不同物理特性的橡皮泥、核桃壳和砂子等固体颗粒在流道中的运 动。研究表明固粒的密度影响其在叶轮中的相对运动轨迹, 固粒的粒径和形状则主要影响其运动 速度大小; 揭示了开式叶轮比闭式叶轮效率低、磨损快的原因是固粒受到水流泄漏的影响, 其相 对速度比在闭式叶轮中的大。研究结果有助于解释离心泵内磨粒磨损现象。 关键词　离心泵　P IV 　固体颗粒　速度分布 离心泵流道中的固体颗粒和液体的运动特性与泵零件的磨损及运行性能密切相关。通 过颗粒运动特性的分析可以为提高离心式渣浆泵的使用寿命和性能开辟有效的途径。以往 用于旋转叶轮内流动测量的方法主要是机械测试方法, 现在越来越多的研究者采用先进的 光学方法或其它物理方法。光学方法对流动没有影响, 适应范围较广。随着计算机技术的高 速发展, 光学方法与计算机的密切配合, 使其成为更完整的现代化测试方法。 利用光学方法测试离心泵内部流动包括激光测试技术及摄影记录方法等。本文采用的 ( ) P IV P ar t icle Im age D isp lacem en t V elo city , 粒子成像测速 技术属于摄影记录方法的一种。 P IV 技术是随高速摄影技术和计算机图像处理技术的发展, 于 80 年代中兴起的一门崭新的 [ 1 ] [2 ] 速度量测技术 。而 P IV 技术虽已应用于泵内流场的研究中 , 但刚刚起步。本文着重介绍 离心泵流道中固体颗粒速度场的P IV 分析结果。 1　图像分析简介 首先用高速摄影方法拍摄离心泵流道中颗粒运动。试验台系统参考文献[ 3 ]。试验装置 中的离心泵叶轮为半开式, 进口直径为 130 mm , 出口直径为 330 mm 。泵盖采用光洁透明的 有机玻璃。叶轮转速范围750～ 1460 。试验所采用的颗粒有橡皮泥、黄豆、砂子和核桃 r m in 壳等密度、形状和硬度等物理特性不同的颗粒。高速摄影机置于泵的正前方。拍摄频率根据 叶轮转速调整, 本试验采用的拍摄频率为每秒 1500～ 3000 幅图片。 收稿 日期: 　 清华大学科学研究基金资助课题 ( 9516) XJ 　　①许洪元, 副教授, 北京市海淀区清华园　清华大学水利水电工程系, 100084 转载 中国科技论文在线 第 3 期　　　许洪元等: 离心泵流道中固体颗粒速度场的粒子成像测速(P IV ) 分析与研究　　　 113 流速测定原理是利用计算机找出相邻图片上的同一颗粒, 用以确定其位移。颗粒的运动 时间就是相邻图片的取样时间。这样就可以确定颗粒的速度。如果旋转叶片使同一叶片相 对轴心角度一致, 则可计算出相对速度。如果使泵体角度一致, 则可分析出颗粒的绝对速度。