激光诊断技术下离心泵流场及压力脉动特性研究

发布时间：2020-09-15 13:44

　　 离心泵内部工质的流动状态及压力脉动会直接影响其运行的可靠性、安全性以及水力性能,通过研究泵内压力脉动以及流场的流动特性,深度揭示工质的流动规律,可为离心泵的设计、改进以及减振降噪提供指导,具有极其重要的工程意义。由于离心泵结构及内部工质流动的复杂性,目前对其内部流动规律的认识仍然存在较大的局限性,为进一步揭示离心泵内部流动规律,需展开流场及压力脉动的精细化研究。本课题以一台透明单级蜗壳式离心泵为研究对象,主要开展了以下研究工作:(1)针对传统离心泵内部流场测量的不足,本课题采用大功率连续激光器搭配高速摄像机,同时合理布置压力脉动测点,设计构建了可视化的流场-压力脉动实验测量系统及光路系统,实现了离心泵内部流场信息精细化程度毫米级及不确定度2%以内测量要求,极大提高了流场信息捕获的时间分辨率与准确性;(2)基于时间序列的PIV流场测量技术,开展了离心泵内部流场在时间序列上的精细化测量,极大降低了流场信息在时间序列上的丢失,提高了流场测量的精细化程度。在此基础上,对离心泵内部流场特性(流场分布、湍流强度、雷诺应力以及流场结构的演变过程)展开了深入研究,涡径分析法研究表明,流场内涡旋结构尺寸与流量大小成负相关;(3)通过对高转速工况下离心泵内部流场特性的数值模拟研究,弥补了实验测量在硬件条件上的不足。同时开展定常与非定常流场的数值仿真,对离心泵内部流场分布、流场结构演变、动静干涉进行了深入研究,揭示了泵内流场特性以及流动结构的演变规律。研究表明,叶轮流道内部涡旋结构的产生-脱落具有周期性,且随着流量降低,周期性会变长;(4)采用微型高频压力脉动传感器对离心泵内部流场的周向及轴向压力脉动进行了实验测量,深入研究了离心泵内压力脉动的频谱组成。研究表明叶频为周向压力脉动主频且主要贡献来自叶轮出口处紊乱流动产生的非均匀流场结构。初步分析流场与脉动之间的联系,研究表明离心泵压力脉动与内部流场分布特性密切相关,流动工质的湍流强度、流场结构的产生及发展为流致噪声的主要来源。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL353.12;TN249
【部分图文】：

第 2 章 实验系统及实验方法鉴于离心泵内部结构的复杂性以及理论研究工作上的不足，为深入研究离心泵内部流场的流动特性及压力脉动特性，进一步揭示离心泵内部流动规律，本课题基于激光诊断技术，设计并搭建了可视化的离心泵流场-压力脉动同步测量实验系统，以满足同步获取离心泵内部连续瞬态流场信息以及高频脉动压力数据的需求。本章详细描述可视化实验系统的设计及构建、压力测点的选择布置、实验方法、示踪 PIV 粒子选择以及注意事项，为后续的研究奠定前期的理论及实验基础。2.1 实验系统2.1.1 循环回路

双路压力记录仪 压力变送器图 2.2 流场-压力脉动同步测量实验回路及仪器仪表验本体及压力测点布置激光诊断技术下的离心泵内部流场测量实验关键在于透明离心泵可视化的实验需求，实验离心泵采用聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA体浇铸而成，具有透光性好（透光度 96%）、韧性、强度适中等特足激光诊断技术的可视化要求。可视化实验本体见图 2.3 所示。

双路压力记录仪 压力变送器图 2.2 流场-压力脉动同步测量实验回路及仪器仪表验本体及压力测点布置激光诊断技术下的离心泵内部流场测量实验关键在于透明离证可视化的实验需求，实验离心泵采用聚甲基丙烯酸甲脂（PM整体浇铸而成，具有透光性好（透光度 96%）、韧性、强度适中足激光诊断技术的可视化要求。可视化实验本体见图 2.3 所示

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐鹏国;何俊伟;洪雷;;飞机28MPa液压系统压力脉动控制标准研究[J];航空标准化与质量;2009年06期

2 郭锋;高永强;郑韦;;轴向柱塞泵的流量脉动对压力脉动的影响及分析[J];山东科技大学学报(自然科学版);2007年05期

3 严肃;胡江艺;;特殊压力脉动的研究与三峡模型水轮机稳定性测试[J];东方电机;2005年02期

4 黄涛;水流压力脉动的特性及模型相似律[J];水利学报;1993年01期

5 陈红勋;;浅述水泵压力脉动的测量[J];排灌机械;1986年05期

6 陈伯川;范镇;阮慧;陈恩富;;流化床内压力脉动信号的检测与分析——复合探头在流化床测量中的开发应用[J];化学反应工程与工艺;1987年03期

7 蔡亦钢;ⅩⅩ—Ⅹ型飞机液压导管的振动应力分析[J];浙江大学学报(自然科学版);1988年S1期

8 汪家铭;往复机械的振动消减[J];化工装备技术;1988年01期

9 陈克复 ,韩涛;浆管气室压力脉动衰减器的数学处理和设计分析[J];天津轻工业学院学报;1988年02期

10 王世和;孔流坝面的压力脉动分析[J];水动力学研究与进展;1988年01期

相关会议论文 前10条

1 李海玲;李启章;;浅析原型、模型涡带压力脉动幅值的相似问题[A];第十九次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2013年

2 潘雨村;张怀新;;用大涡模拟方法研究湍流边界层壁面压力脉动[A];第十届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2005年

3 陈二云;赵改平;杨爱玲;;离心泵内部非定常流动的数值模拟及压力脉动特性分析[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

4 王炯;许霜杰;唐巾洁;龙新平;;文丘里管压力脉动与振动强度变化特性的实验研究[A];第二十九届全国水动力学研讨会论文集（上册）[C];2018年

5 屈晓力;赵芳;宋宾宾;王小蕾;余永生;;大型低速风洞开口试验段低频压力脉动抑制试验研究[A];第十届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2018年

6 张飞;祝宝山;樊玉林;徐用良;刘文杰;;水泵水轮机模型水轮机工况高单位转速压力脉动测试[A];水力机械学科发展战略研讨会暨第11届全国水力机械及其系统学术年会论文集[C];2018年

7 易艳林;陆力;;水泵水力稳定性研究进展[A];第十九次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2013年

8 韩志勇;贺仁睦;徐衍会;;汽轮机压力脉动引发共振机理低频振荡的研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

9 余峰;徐林;孟丛林;傅波;;压力脉动加载试验控制方法[A];面向航空试验测试技术——2013年航空试验测试技术峰会暨学术交流会论文集[C];2013年

10 罗先武;于安;季斌;;通气工况下混流式水轮机尾水管压力脉动特性分析[A];第十四届全国水动力学学术会议暨第二十八届全国水动力学研讨会文集（上册）[C];2017年

相关博士学位论文 前10条

1 于安;补气对水轮机尾水管压力脉动及涡流特性的影响分析[D];清华大学;2017年

2 孙培钊;超声速直管道内流的大涡模拟研究[D];中国科学技术大学;2018年

3 徐朝晖;高速离心泵内全流道三维流动及其流体诱发压力脉动研究[D];清华大学;2004年

4 史凤霞;离心泵作液力透平的水力学特性及其压力脉动研究[D];兰州理工大学;2017年

5 杨孙圣;离心泵作透平的理论分析数值计算与实验研究[D];江苏大学;2012年

6 吴登昊;高效低振动循环泵设计与试验研究[D];江苏大学;2013年

7 任芸;离心泵内不稳定流动的试验及数值模型研究[D];江苏大学;2013年

8 马鹏飞;双向轴流泵的优化设计及内流特性研究[D];华中科技大学;2016年

9 王晓萍;基于现代非线性信息处理技术的气固流化床流型识别方法与实验研究[D];浙江大学;2004年

10 高雄发;旋流式无堵塞泵优化设计与内流场PIV试验研究[D];江苏大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 李雨;智能马桶用自吸气脉冲喷头优化设计及试验研究[D];江苏大学;2019年

2 顾逸平;叶轮结构对双蜗壳离心泵内部压力脉动的影响[D];江苏大学;2019年

3 龚波;基于MCSA的离心泵运行工况监测基础研究[D];江苏大学;2019年

4 李先军;双蜗壳离心泵空化流动及压力脉动预测分析[D];江苏大学;2019年

5 李瑞;轴向柱塞马达压力脉动产生机理及时域特征提取方法研究[D];西安建筑科技大学;2018年

6 赵鹏军;液压系统泵和马达压力脉动耦合特性分析及脉动抑制方法研究[D];西安建筑科技大学;2018年

7 黄云龙;激光诊断技术下离心泵流场及压力脉动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

8 裴奕凡;弯管入流对离心泵压力脉动特性的影响研究[D];西安理工大学;2019年

9 郭建慧;深井泵非定常水力特性与流动诱导噪声研究[D];兰州理工大学;2019年

10 俞嘉枫;叶片不等距及时序对串并联离心泵性能影响的研究[D];合肥工业大学;2018年

本文编号：2819039