轴流泵叶轮内部三维流场的LDV测量

摘要

叶轮内部流动对轴流泵的水力性能、空化性能及其运行稳定性具有重要的影响。目前人们为了揭示其内部的流动机理和流动现象的真实状况，主要采用CFD技术分析内部三维流场，而大部分数值模拟结果缺乏有效的实验验证，因此，有必要继续加强对轴流泵内流场的测试研究，为高性能轴流泵的开发提供支持。
　　 本文采用LDV测试系统对轴流泵叶轮内部三维流场进行测试。轴流泵叶轮叶片数为4，轮毂比为0.4，比转数约为900。叶轮前安装有长直管道以确保进口水流均匀稳定。以最高效率点流量Q为基准，五个测试工况点的流量分别为0.52Q、0.70Q、0.85Q、1.0Q和1.2Q。利用锁相技术，总共测量了叶轮内外共12条径向测线上的三维速度，径向布置36个测点，测线两端进行了局部加密，圆周方向布置360个测点。叶轮进口布置一条测线，出口布置两条测线，测量了5个工况点的三维速度;叶轮内部布置9条测线，测量了0.52Q、1.0Q和1.2Q这三个工况点的三维速度。
　　 叶轮进口及出口测量结果表明:各点流速存在明显的紊流脉动，沿径向和周向的速度变化均十分明显。叶轮进口（测线a）周向平均轴向流速的径向分布相对均匀，边壁效应不明显。大流量工况下，轮毂侧轴向速度较大。小流量工况下（工况一和工况二），轴向流速在叶尖部分出现负值，说明有回流，相应地出现了明显的圆周速度，出现了水流预旋。叶轮出口（测线b和c）周向平均流速的分布在不同工况有明显的不同，轴向流速径向分布出现明显的边壁效应，主流集中在中部，小流量工况下轴向主流偏向叶尖，轮毂处出现明显的回流;周向速度径向分布具有两边大中间小的趋势，随着流量减小，叶尖处的圆周速度增大明显。叶轮进口相平均流速沿圆周分布出现典型的叶栅流的特征，轴向流速在叶片附近小，而在栅距中间大;周向速度从叶片背面到叶片正面由正转负。叶轮出口相平均流速沿圆周分布总体上仍体现出叶栅流动的特征，但速度脉动相当大，流量越小，速度脉动越乱。
　　 叶轮内部流动测试结果表明:从叶轮进口到出口的流动过程中，轴向流速主流由集中在叶槽中部偏向轮毂，逐渐偏到叶片背面附近。周向速度从进口到出口逐渐增大，叶轮内部进口附近轴断面上的周向速度在叶片背面出现负值;径向速度在轴断面上存在波动，断面中部的径向速度较大。小流量工况下进口叶尖一侧附近存在回流，叶轮内部的水流周向旋转明显，随着流量的增大，周向旋转逐渐减弱，到大流量工况时水流几乎不旋转。所测三个工况出口的轮毂附近存在回流，越靠近出口回流越大，流量越大回流越小。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轴流泵内部流场数值模拟的研究现状

1．2．2 现代流动测试技术

1．3 课题主要研究内容与方法

第二章 LDV测速原理及测试系统

2．1 LDV测速原理

2．2 三维LDV测试系统

2．2 光路布置和参数设置

2．2．1 光路布置

2．2．2 参数设置

2．3 试验装置

第三章 叶轮进口及出口流场的三维LDV测量

3．1 测线布置与锁相

3．1．1 测线布置

3．1．2 锁相

3．2 测试结果及分析

3．2．1 不同工况不同测线速度的对比分析

3．2．2 不同工况同一测线速度分布的变化趋势分析

3．2．3 不同工况的锁相测试

3．3 本章小结

第四章 叶轮内部流场的三维LDV测量

4．1 断面布置

4．2 轴向速度云图

4．2．1 工况0.52Q叶轮内部的轴向速度云图

4．2．2 工况1.0Q叶轮内部的轴向速度云图

4．2．3 工况1.2Q叶轮内部的轴向速度云图

4．3 横断面矢量图

4．3．1 工况0.52Q叶轮内部的横断面矢量图

4．3．2 工况1.0Q叶轮内部的横断面矢量图

4．3．3 工况1.2Q叶轮内部的横断面矢量图

4．4 叶栅内矢量图

4．4．1 工况0.52Q不同半径叶栅内的矢量图

4．4．2 工况1.0Q不同半径叶栅内的矢量图

4．4．3 工况1.2Q不同半径叶栅内的矢量图

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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