灯泡贯流泵装置内部流动及水力特性

为了深入研究灯泡贯流泵装置内部流动与水力特性之间的联系,采用数值计算、性能试验与PIV流场测试方法,获得了灯泡贯流泵装置在大流量、小流量和最优工况下的流动和水力特性.采用RNG紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了灯泡贯流泵内部定常流动.分析了泵装置内部流动,指出小流量工况下泵叶轮的进口有较大范围的旋涡区,出水灯泡体内流态较为紊乱;而在最优工况及大流量工况下,泵装置内未见明显回流区.研究表明,灯泡贯流泵进水流道水力损失符合传统管道内局部水力损失规律,而出水流道的水力损失表现为与泵装置运行工况相关的规律,最优工况点附近损失最小,小流量和大流量工况点水力损失均较大.计算结果与二维PIV流动测试结果均表明在小流量下进口近泵壳侧有明显的回流区,而在叶轮出口靠近轮毂处有大面积的脱流.因此,灯泡贯流泵装置优化水力设计应当重视小流量工况下叶轮和导叶处的流动特性.     

泵喷嘴与泵—油管—喷嘴系统基本特性比较

介绍了柴油机电子泵喷嘴的实验装置及微机控制系统，并分别对电子泵喷嘴系统及喷油泵－油管－喷嘴系统的喷油压力及喷油规律进行了测量及对比，实验结果证实电子泵喷嘴与泵油管－喷嘴系统相比，在提高喷油压力及优化喷油规律等方面具有更大潜力。     

基于霍夫变换的液力变矩器泵轮内部流速提取

液力变矩器传递能量的特性受其内部流场结构的影响,而内部流动特性决定其外部性能.为实现液力变矩器内部流动可视化,并在此基础上实现其内部流动速度的定量测量,提供详细且准确的流场试验测量结果,进一步完善对液力变矩器内部流动机理的研究.基于粒子图像测速（PIV）技术,对液力变矩器泵轮内部流场进行试验研究,在单次曝光下CCD相机采集泵轮径向切面流动图像,记录流场中示踪粒子的运动信息.通过图像处理技术识别流场中粒子运动轨迹的图像特征,以霍夫变换直线检测理论为指导,自动提取泵轮径向切面示踪粒子运动轨迹.由此实现了泵轮内部流动可视化,提高了流速矢量识别与量化计算效率.PIV试验测量结果能够揭示泵轮内部真实的物理流动现象和流场瞬态变化情况,为液力变矩器的性能预测及合理设计提供理论和实践参考依据.     

双流道及双叶片式叶轮内流场的PIV测量与比较

为研究双流道叶轮与普通叶片式叶轮的内部流动区别,设计制作了满足粒子图像测速仪（PIV）测量要求的模型泵,模型泵的叶轮有双流道和双叶片2种形式。用PIV分别测量了双流道叶轮和双叶片叶轮的内部流动,并自编程序对测量所得绝对速度进行分解,得到相对速度。由测量结果可知：在双叶片叶轮内,流体基本沿叶片吸力面流动,叶片压力面上的相对速度较低,在压力面出口出现了速度很低的回流区,有明显“射流-尾迹”特征。双流道叶轮内流动也不均匀,但没有出现明显的回流区,流态较好。流量改变时2种叶轮内的流动变化规律一致,随着流量增大,相对速度逐渐增大、绝对速度减小,设计工况下叶轮内的流态最好,小流量工况下流动扩散严重。     

多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

层流炉二维PIV自动控制系统

在层流炉冷态粒子图像测速(PIV)系统中,相机与测量管的相对位置是保证试验数据精确的重要条件。为使试验过程中整个PIV系统操作起来更加方便、准确、快捷,设计了二维PIV自动控制系统,并在层流炉冷态模拟装置上对该系统的可靠性进行了试验验证。与没有使用二维PIV自动控制系统之前的试验结果相比:各测量段颗粒的轴向中心速度相互之间的衔接实现了平滑过渡,消除了跳跃性变化;收集距离为350 mm,主气流流量为1.5 m3/h时,层流炉内颗粒停留时间的相对误差为9.218%。说明该二维PIV自动控制系统能够满足层流炉冷态试验需要,实现了均匀、连续拍摄,减少了人为误差,提高了试验数据的准确性。     

水泵试验装置设计要素

泵作为一个工业产品,在输送介质及作为动力源方面已经获得越来越广泛的应用,适用于各种专门场合的船用泵、消防泵、排污泵、潜水泵等也越来越多。某些专用泵,如消防泵,其发展迅速,日趋高压力、大流量方向发展,原先单一的常压泵也出现了朝中低压、高低压或高中低压泵发展的趋势。由于这种产品从设计到制造很大程度上都依靠实物检测来验证是否达到预期目的,所以泵产品从科研设计到成品都离不开试验。原有的一些检验装置已显得不相适应,因而,为使泵产品的质量能得到有效控制和提高,设计建造一些新的检验装置尤为必要。本文是水泵检验装置设计经验的论述,详细叙述了检验装置各组成部分:动力源、传动系统及测控系统等的设计要素,对于水泵试验台架设计方面需要考虑和注意的事项及测量、控制等方面内容进行总结分析。     

基于LabVIEW的泵装置特性的自动测试

针对采用经验公式计算泵装置特性易产生偏差的现状,提出了一种实测泵装置特性的方法.通过吸入管吸水断面、泵吸入口断面以及泵出口断面、阀后断面的能量方程,推导了装置的管路特性公式.采用变频器调节流量,测量公式中相关参数,可以确定管路损失;再测量装置末端压能和所提升的高差,并拟合各数据点,可以得到泵装置的实际特性.用NI虚拟仪器、LabVIEW编程平台组成了测试系统,将推导的模型公式及相关数据编入图形化程序,便能根据数据点自动生成装置特性曲线,实现泵装置特性的自动测试.与传统经验计算所得的特性曲线相对比,本研究所得曲线基本吻合.     

基于PIV的泵站进水池模型速度场测量及结构优化

通过PIV模型试验对比分析了孟加拉达卡达舍尔甘地(Dasherkandi)泵站设计工况下有无护坡和消涡板各截面的流态,验证了挡水板下方加装护坡和潜水泵下方加装消涡板对流态的改善作用。用PIV试验对3台泵与2台泵运行时各截面的流态进行对比分析,以流速分布均匀度和速度加权平均角度为目标函数,得出2台泵运行时水泵的进水流态得到改善;但3台泵和2台泵运行工况在L形挡水板的下方都形成了小的旋涡,并且在泵吸水口下方流态分布都不对称。     

液气射流泵扩散管内部流动试验研究

采用压力传感器对扩散管壁面压力进行了测量,获得不同工作水压力和不同气液体积流量比时的扩散管增压情况.结果表明:在给定试验尺寸的有机玻璃制作的液气射流泵扩散管中,壁面压力上升的增量范围为2~5 kPa,且存在压力下降然后再上升的现象,因此,对于垂直安装的液气射流泵,需要考虑其尺寸高度产生的静压对扩散管内部流动的影响;扩散管内部流动对液气射流泵的射流混合性能影响较大,其中液气两相混合在喉管内的初始断面位置的变化对扩散管角度的设计有较大影响.采用PIV装置对扩散管内部液相流速分布进行了试验测量,获得2种气液比情况下扩散管轴线速度和断面速度分布,结果表明:轴线速度衰减约20%;扩散管的断面速度分布不均匀,在气液比较小时,出现流动偏向一侧的情况.该扩散管内部流动的研究结果可为液气射流泵应用于曝气、气体吸收等领域提供一定的理论基础.     

离心泵启动过程瞬态特性的试验

为进一步研究离心泵启动过程的瞬态特性,建立了离心泵瞬态性能测试系统.在球阀全开、半开和全闭3种条件下,对离心泵的启动过程进行试验.在采集瞬态性能曲线的同时,应用粒子成像测速技术对离心泵测试截面的二维瞬态流速进行了拍摄,并分析了瞬时外特性与内部流动演化关系和产生试验误差的原因.结果表明,离心泵启动过程中内部流动演化呈现强烈的瞬态特性.开阀启动过程扬程和功率随转速快速上升,瞬时流量表现出三次曲线的增长特性;阀门全关启动的瞬时功率冲击达到稳态条件下的1.5倍,内部瞬态流动显示该冲击是由流体间相互掺混和涡能量的传递所引起的.产生气泡和低的拍摄频率是引起PIV测试误差的主要原因.     

离心泵内流场PIV测试中示踪粒子跟随性的计算

示踪粒子的选取依据不同的流场而不同,对于离心泵内流场合适的示踪粒子是保证PIV试验精度的关键.基于固液两相流理论,重点考虑黏性阻力和旋转因素对粒子的影响,对离心泵内部湍流场中的示踪粒子进行了受力分析.然后在BBO方程基础上引入外部势力,建立了离心泵内流场中示踪粒子的拉格朗日运动方程,并采用Fourier积分变换的数学方法首次推导出适应于离心泵内流场的PIV测试用示踪粒子跟随性计算公式.利用离心泵内流场的PIV测试结果采用相平均处理的方法计算了试验所用的示踪粒子的跟随程度,计算结果表明：粒子径向的跟随性比周向差,选择示踪粒子时优先考虑径向的跟随性;而由于离心泵叶轮旋转和曲率的影响,即使采用相平均处理,粒子的速度也不代表水流速度,粒子跟随性最大偏差度为4.55%.计算结果可以检验所用示踪粒子的可靠性,为离心泵内流场选取合适的示踪粒子提供理论依据.     

离心泵叶轮内部伴有盐析流场的PIV试验

利用流场测试仪PIV对离心泵内部盐析液固两相流场进行测量,采用轴编码器结合分频电路保证了PIV测试旋转流场的同步性;基于VC 6.0编写了图像处理软件来区分流场中液固两相流动,对试验测得的液固两相的速度场进行分析可知:晶体颗粒的存在使得液相的相对速度场发生变化,其出口速度要比单液相时有所降低;提出流道中部区域晶体颗粒的相对速度比液体相对速度更偏向压力面,从而导致该区域晶体颗粒有向压力面运动的趋势.通过研究初步揭示了叶轮内部盐析两相流动规律,为防止叶轮内部盐析提供了理论依据.     

低比转数排污泵内部PIV试验研究

通过对传统机电一体式排污泵的结构改造,以有机玻璃材料来加工叶轮及蜗壳,利用半螺旋形吸水室改变来流方向,成功获得适合于PIV测试的试验泵段.采用轴编码器等同步装置和空心玻璃球作为示踪粒子,对3个工况下叶轮与蜗壳5个不同相对位置的叶轮中间截面流场进行拍摄,取得了较好的结果.从PIV试验结果可以看出,在大流量1.4Q_d和设计流量1.0Q_d工况下,叶轮内部流场在任意时刻均能够保持较好的轴对称性分布,而极小流量0.2Q_d情况下,叶轮内部流场较为紊乱,且表现出明显的非轴对称性.在所拍摄的5个时刻内,通道A由于穿过隔舌位置,其出口圆周的相对速度分布梯度和小流量下旋涡的强度、大小等均受到隔舌的强烈影响.在极小流量情况下,通道C随着叶轮的旋转,压力面附近的脱流不断加剧并形成旋涡,最终堵塞大部分流道.     

轴流泵内部流动数值模拟及PIV试验

为了研究轴流泵内部流动数值模拟中不同湍流模型的适用性,分别采用standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型以及大涡模拟(LES)方法,基于结构化网格与网格滑移技术,对叶轮直径为200 mm、名义比转数n_s为700的模型轴流泵进行了性能预测和全流场数值模拟;计算了水泵的扬程和效率,并与在水泵试验台上测试得到的外特性结果进行了对比和分析.结果表明,在最优工况附近,standard k-ε模型、RNG k-ε模型和SST k-ε模型都能较精确地预测轴流泵的外特性,基于RNG k-ε湍流模型的扬程和效率误差相对较小;在非设计工况下,不同湍流模型具有不同的特性.在0.8Q_opt,1.0Q_opt和1.2Q_opt工况下,针对叶轮与导叶间的轴向间隙处进行了PIV内部流场测试;将各个湍流模型下的数值模拟结果与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的试验结果具有基本相同的趋势性,从而证明了数值模拟计算的可靠性和有效性;而采用LES计算得到的流场与PIV测量结果产生一定的偏差.同时,对轴流泵在不同流量工况下内流场的流动结构进行了分析.     

基于互相关算法的液力偶合器内部流场分析

利用PIV技术对液力偶合器内部流场进行了试验测试.针对制动工况(i=0)下液力偶合器涡轮内部流场,以PIV图像连续帧的互相关算法提取其径向切面流速分布,实现了内部流场可视化与速度定量化测量.研究了制动工况下涡轮内部流场结构特征与分布规律,分析了反向流和二次流等现象产生的原因.结果表明,合理设计偶合器内部结构,可减少反向流和二次流的产生,降低了能量损失,提高了工作性能.