离心叶轮机械有叶扩压器内部流动的PIV测量

    0  前言

    离心叶轮和扩压器是离心叶轮机械内最重要的两大部件。长期以来，国内外学者和工程界人士对离心叶轮内部流动进行了大量的研究工作，并取得了可喜的成果。相比而言，关于离心叶轮机械内用于压力恢复的部件-—扩压器的研究工作却比较少。事实上，扩压器的内部流动并不比叶轮的内部流动简单，这是因为扩压器内部流动不仅与扩压器本身结构尺寸有关，而且受上游叶轮出口“射流一尾流”的影响。上游不均匀的流场在扩压器内的衰减过程同样影响着整个离心机械的性能。

    早期关于扩压器内部流动的试验研究并不多见，这一方面是因为扩压器内的流动比较复杂，另一方面也是受试验条件的限制。近20年，随着光学测量技术[11的出现，详细全面地测量扩压器内部流动[2，3]因其先进的测量手段和无干扰性等优点才逐渐展开。PIV(粒子图像测速仪)技术是光学测量技术的一种，它的特点是可以获得全场的瞬态流场。这一特点使之更适用于分析扩压器内不均匀流的衰减过程。如Paone便采用PIV技术测量了离心泵无叶扩压器内的流动[’]，分析了无叶扩压器内的流动特性。尤其是在目前叶轮机械的热点研究领域一一叶轮与扩压器相互干涉的非定常流动，Pw技术具有比其他测量技术更为明显的优势。文献【5，6]己采用PW技术在动静干涉非定常流动方面迈出了可喜的一步。尽管如此，关于扩压器内部流动的研究还很不够，特别是考虑叶轮影响的扩压器内部非定常流动研究还只是初期阶段，在这方面仍然有大量的工作需要继续。

    本文以离心风机为研究对象，设计建造了用于激光流场测量的离心风机试验台，实现了有叶扩压器内部流动的PIV测量。文中布置了PIV的光路系统，优化筛选了PIV测量的示踪粒子和双曝光时间间隔，获得了有叶扩压器不同轴向位置处流场的试验测量结果，讨论了有叶扩压器内部流动。本文的工作为今后研究扩压器一叶轮相互干涉的非定常流动奠定了基础。

    1  PIV基本原理及PW系统

    PIV是近十几年发展起来的一种崭新的流速测量技术，它在流动显示的基础上，从20世纪70年代末兴起的激光散斑全场测速技术(Laserspecklevefocimetry，简称Lsv)演变出来的，其主要特点是突破了空间单点测量技术的局限性，可在同一时刻记录下整个测量平面的相关信息，从而可以获得流动的瞬时平面速度场、涡量场等。PIV的基本原理是在流场中撒布合适的示踪粒子，用脉冲激光片光源照射所测流场切面区域，通过成像记录系统摄取两次曝光的粒子图像，形成PW底片，再用粒子图像相关等方法处理PIV底片，获得每一查询区中粒子图像的平均位移，由此确定流场切面上多点的二维速度。图1表示了PIV的基本工作原理。