粒子图像测速技术在液体射流泵内部流场测试中的应用

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射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械,在航空航天工程、化工与环境工程、核动力工程、石油与深海开采工程和水利水电等实际工程中有着广泛的应用,但在射流过程中会因两股不同压力的流体混合而产生较大的能量损失。在面临能源危机的今天,以节约能源为出发点,探求射流泵的流场机理,致力于提高射流泵的传能及传质效率,对喷射设备的推广应用有重大的意义和实际作用。 本文采用粒子图像测速(PIV)的方法跟踪研究液体射流泵的内部流场,分析射流泵的传质传能机理,主要工作包括以下几个部分: 根据实验室条件和试验要求设计的一套合理的射流泵试验装置,整合好粒子图像测速系统,包括光源系统、图像采集系统和示踪粒子等几部分,此为试验的硬件系统。 根据射流泵的流场特点,结合流体常识,建立了了适用于射流泵内部流场粒子图像处理的软件系统,对试验的图像进行采集处理,包括图像处理、流动显示、流速检测、速度场分析以及各种辅助功能。获得高质量的粒子图像是本系统的关键问题之一,它直接关系到对射流泵内部流场测量分析的准确和精确度,本文采用了各种数字图像处理的方法对采集到的图像进行预处理,包括图像的灰度变换、图像的平滑、锐化、中值滤波等;并对图像进行了详细的处理分析,采用了一种从连续两幅粒子图像中快速提取流场速度的方法——相关分析法,建立的对流速场进行测量和分析的系统,它既适用于稳定流动的流场分析,也适用于非稳定流动的流场分析,如含有回流区与旋涡的复杂流动。由于采集设备曝光不足、示踪粒子分布不均以及噪音等硬件因素和计算误差等人为因素,导致了流动图像质量的降低,因此获得的速度矢量图存在一些错误矢量,本文采用了各种方法对错误矢量进行了剔除和插补。在软硬件兼备的条件下,本文应用设计整合好的射流泵粒子图像测速系统进行试验,分析了恒定射流泵以及脉冲情况下的射流泵效率,选择不同的流量比观测了射流泵各部件内的流场状态,根据得到的流速矢量分布进行分析总结,得出试验结论。 最后归纳总结了整个试验过程中的经验和不足之处,对以后的射流泵内部流场试验进行了展望。
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