全工况下双流道泵内流三维PIV测量

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3D PIV measurement of flow in double-channel pump underoverall operating conditionsM Xianfimg.Liu Houlin.Wang Kai。

f RI sPart、h Center of Fluid Machlnew F]ngineering and Te(：hnologyTan Minggao， DongshengJiangsu University，Zhenjlang，Jiangsu 21201 3，China)Abstract：The inner flow characteristics in a double-channel pump were measure(1 un(1er eight tlowrates with a particle image velocimetry(PIV).To guarantee the accuracy of three dimensional PIVmeasurements，a few key techniques，such as the optical fiber-based external trigger synchronizationsystem and three dimensional equivalent calibration methods.were applied in the measurements. AVisual C2005(：ode was composed to obtain the relative velocity components from the absolute onesmeasured according to the velocity triangle.The results showed that one large scale dt)esnt appear in aflow passage of the impeller until the flow rate as low as 0.4 time the design flow rate Q I. Moreover，this vortex gets more evident with decreasing flow rate.As flow rate decreases，the absolute velocity inthe volute diffuser iS decreased as wel1.A vortex doesnt OCCUr there until the flow rate iS reduced to0.2Q Fhe absolute velocity gets maximum values at the flow rate of 0.2Q There exist dominatedlarge-scale voices in the impeller and volute at the shut-of condition，suggesting the poorest flow con-dition has emerged there。

Key words：double-channel pump；overall operating conditions；internal flow；vortex；3 D particle image velocimetry收稿日期：2011-09-21基金项目：国家自然科学基金资助项 目(51079062，51109095，51179075)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2010346)；江苏高校优势学科建设T程资助项 口作者简介：吴贤芳(1980-)，女，江 ：大丰人，博士研究生(demonwt###sohu COIl1)，主要从事离心泵关死点特 研究。

刘厚林(1971-)，男，江苏溧水人，研究员，l尊士牛导师(1iuhoulin###ujs.edu.on)，主曼从事泵现代设汁 论 j方法研究。

双流道泵具有叶轮流道对称、无堵塞性能好、平衡性好、运行平稳等优点，已被广泛应用于冶金、矿山、煤炭、电力等工业和污水处理部门或行业。

目前，双流道泵的研究工作主要集中在水力设汁和数值模拟等方而.关醒凡 在大量试验研究和没汁实践的基础上，提出了双流道泵的设计方法；Liu等 在双流道泵的水力设计方法、三维参数化造型、固液两相流动以及压力脉动测试等方面做了大量的研究工作；朱祖超等 对双流道泵在不同浓度和流量下开展了输送 固液两相介质的水力性能试验，并对泵的磨损进行了分析；徐海 良等 对双流道泵内固液两相流进行了数值计算和分析。

近年来，PIV技术已被广泛应用于水泵的内流测试中 ，并取得了-定的进展；但是对双流道泵内部流动的PIV测量，研究得还较少，特别是其关死点流动的测量尚未有研究报道 .为了揭示各个工况下双流道泵内部流动特征，文中基于光纤技术制作的外触发同步系统和等效的三维标定方法，对1个双流道泵在 8个工况下的内部流动进行三维 PIV测量和分析。

1 试验装置1.1 试验台与PIV系统双流道泵PIV试验台如图 1所示，主要试验设备包括轴编码器、电动机、泵、电磁流量计、压力变送器、水箱和闸阀等。

轴编码器 电动机 泵 力变送器 电磁流鼙计 闸I阀 水箱图 1 试验 台Fig.1 Test rig试验用的 PIV系统 主要包 括 ：YAG200-NWL型脉冲激光器；610035型同步器；630059 POWER-VIEW 4MP跨帧 CCD相机；图像采集及数据分析系统 Insight 3G，内置 Tecplot软件；610015型光臂以及片光源透镜组等。

1.2 外触发同步系统在 PIV试验过程中，采用变频器调节电动机转速，但变频器发出的电信号严重干扰外触发脉冲信号.为了解决这-问题，采用光纤技术制作外触发同步系统，使每次得到的 PIV图像都是同-流道的相同截面，且不随泵转速的改变而变化。

1.3 试验用泵双流道模型泵的结构如图2所示.泵的半螺旋形吸水室采用不锈钢铸造；叶轮和蜗壳均采用有机玻璃加工，其中蜗壳采用速度矩守恒原则设计，断面是矩形，型线为对数螺旋线。

半螺旋形吸水室 叶轮 蜗壳图2 双流道泵结构图Fig.2 Structure of double-channel pump双流道泵主要参数见表 1，表中Q 为流量；n为转速；D 为吸水室进口直径；D.，D 分别为叶轮进、出口直径；D ，b，分别为蜗壳的基圆半径与进 r宽度； 为扬程；n 为比转数；6：为叶轮出口宽度。

表 1 主要性能参数和结构参数Tab.1 Pump performance specifcations and majorgeometrical parameters参 数 数值 参 数 数值Q I/(n3 ·h ) 25.86 H i/m 2.68n/(r·min ) 750 凡 l1O.7D。/mm 8O D./mm 90D，/mm 200 b，/mm 47D /mm 212 b /mm 772 试验方案测量平面为叶轮中间断面，其测量区域为图 3中的区域 1和2.选用 A1 0，粉末作为示踪粒子，并采用 Scheimpflfig方式布置 2台CCD相机。

图3 测量区域Fig.3 PIV measurement regions采用等效标定方法对双流道泵进行标定，即把标定靶盘放在泵体外的水箱内进行标定，如图 4所4 结 论利用基于光纤技术制作的外触发同步系统和等效的三维标定方法，对 8个工况下双流道泵内部流动进行了三维 PlY测量，得到了以下结论：1)随着流量的减小，叶轮出口附近的相对速度分布总体上较为均匀；当流量小于0.4Q 后叶轮出口靠近吸力面处开始出现明显旋涡。

2)随着流量的减小，蜗壳扩散段上的绝对速度值逐渐减小，当流量小于 0.2Q 后该区域开始出现旋涡；在叶轮出口靠近隔舌处的区域上，绝对速度随着流量的减小先增大后减小，0.2Q， 工况的速度值达到最大。

3)在关死点工况下，叶轮和蜗壳内的流态最差，并且都存在着明显的旋涡。