钻井泵阀是钻井泵的关键部件,同时也是最为脆弱的易损件之一,泵阀的失效常常导致钻井泵故障,影响到石油生产的正常运行。长期以来,人们对钻井泵阀失效问题开展了广泛的研究,但是针对泵阀阀隙流场的实验研究尚未得到成功开展。本论文从研究流场特性的角度探讨钻井泵阀失效的原因,设计并加工出钻井泵阀试验装置,利用粒子成像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)对钻井泵阀阀隙流场的特性进行了模型试验研究。试验分别对锥角为30°、35°和45°的锥阀模型在不同升距时的阀隙流场进行了粒子图像的摄取,通过数据处理,得到了九种工况下的阀隙流场状态结果。论文从流场速度、流场涡量和流速折线图三个方面对阀隙流场总体特征进行了解释和归纳。试验还利用荧光粒子进行了阀隙流场测量,得到了层次清晰的抛物线状阀隙流速分布和阀隙区域的速度脉动分布。阀隙流场的PIV测量结果较好地验证了项目前期的数值模拟的结果。论文从PIV系统测量精度、粒子跟随性,以及光线折射三个方面讨论了PIV测量试验的误差情况。文章最后部分,根据阀隙流场最大流速的变化规律,通过拟合建立了阀隙流速的数学模型；根据阀隙流场的特性,结合实际工况钻井泥浆的特性和材料磨损的相关理论,综合分析了阀隙内湍流对泵阀磨粒磨损的影响以及阀隙流速特性对泵阀冲蚀磨损影响,并且对泵阀的改进提出了建议。