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离心泵的内部流场试验

2013/7/5 17:01:17
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离心泵的内部流场试验对了解离心泵的内部流动规律、建立离心泵的内部流动理论、完善离心泵的设计方法,是极其重要的。门捷列夫就曾经说过科学始于测量。目前,用于抽水蓄能电站的泵水轮机的效率杂水泵工况,已达到90%~92%以上,这种泵水轮机的叶轮就是离心泵叶轮,并具有设计良好的可动式和固定式的叶片式压水室,以及涡旋式压水室。这一成果与现代精细的流场测量与流动模拟分不开的。

20世纪30年代初,已有学者进行离心叶轮中流速场的测量。但是,当流速测量方法还很简单。20世纪60年代和70年代主要应用毕托管(球)法,3孔,4孔和5孔探针成功的用于测量离心泵中的流场。进入20世纪90年代以后,伴随着光纤技术、芯片技术、激光技术、信号处理技术和图像处理技术的发展和完善,流动测量技术也得到了快速的发展。现在,复杂流动的测量技术已能适应流动测量的从单点到多点测量,从单相到多相,从平面到空间,从稳态到瞬态的测量需要。目前可应用在离心泵中的测量技术主要有热线热膜风速计(HWFA,其中用于液体中的热膜风速计、激光测速技术(LDV)、相位多普勒技术(PDPA)和粒子成像技术(PIV)。

激光测速技术LDV又称为激光多普勒测速,其原理是利用两支同样颜色的激光束在流场中一点相交,形成干涉条纹。当粒子通过该点时,条纹反射的光线形成一组多普勒波群的正弦信号。从每个条纹图案拾取的散射光的频率与粒子速度分量的关系测量速度。20世纪80年代至90年代,我国有多人,如石油大学薛郭松教授等,利用LDV测量离心泵中流场,进入90年代,LDV技术进一步向小型化、光纤化、智能化和精确化发展。

相位多普勒技术(PDPA)是利用跟随流体的粒子,同时用激光产生信号的频率测量粒子和流体的速度。还可以利用测量信号的相位差测量粒子的粒径。进入90年代PDPA技术进一步发展精确度更高,应用范围更广。该技术用于多相流测量。我国已有单位计划用该技术测量离心泵中的两相流场。

粒子成像技术(PIV)是流场可视化技术的最新发展,是利用图像处理技术发展起来的一种新的流速测量方法。它综合了单点测量技术和流动显示测量技术的优点,既具备单点测量技术的分辨率和精度,又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。90年代后期新型双YAG脉冲激光源的PIV系统分辨率和清晰度均很高,测量速度范围广,正在我国离心泵及其系统的流场测量中应用。