粒子圖像測(cè)速技術(shù)在液體射流泵內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)試中的應(yīng)用.pdf

1、射流泵是利用射流紊動(dòng)擴(kuò)散作用來(lái)傳遞能量和質(zhì)量的流體機(jī)械，在航空航天工程、化工與環(huán)境工程、核動(dòng)力工程、石油與深海開(kāi)采工程和水利水電等實(shí)際工程中有著廣泛的應(yīng)用，但在射流過(guò)程中會(huì)因兩股不同壓力的流體混合而產(chǎn)生較大的能量損失。在面臨能源危機(jī)的今天，以節(jié)約能源為出發(fā)點(diǎn)，探求射流泵的流場(chǎng)機(jī)理，致力于提高射流泵的傳能及傳質(zhì)效率，對(duì)噴射設(shè)備的推廣應(yīng)用有重大的意義和實(shí)際作用。 本文采用粒子圖像測(cè)速(PIV)的方法跟蹤研究液體射流泵的內(nèi)部流場(chǎng)，分析

2、射流泵的傳質(zhì)傳能機(jī)理，主要工作包括以下幾個(gè)部分： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)的一套合理的射流泵試驗(yàn)裝置，整合好粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)，包括光源系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和示蹤粒子等幾部分，此為試驗(yàn)的硬件系統(tǒng)。 根據(jù)射流泵的流場(chǎng)特點(diǎn)，結(jié)合流體常識(shí)，建立了了適用于射流泵內(nèi)部流場(chǎng)粒子圖像處理的軟件系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)的圖像進(jìn)行采集處理，包括圖像處理、流動(dòng)顯示、流速檢測(cè)、速度場(chǎng)分析以及各種輔助功能。獲得高質(zhì)量的粒子圖像是本系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，它直接

3、關(guān)系到對(duì)射流泵內(nèi)部流場(chǎng)測(cè)量分析的準(zhǔn)確和精確度，本文采用了各種數(shù)字圖像處理的方法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像的灰度變換、圖像的平滑、銳化、中值濾波等；并對(duì)圖像進(jìn)行了詳細(xì)的處理分析，采用了一種從連續(xù)兩幅粒子圖像中快速提取流場(chǎng)速度的方法——相關(guān)分析法，建立的對(duì)流速場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和分析的系統(tǒng)，它既適用于穩(wěn)定流動(dòng)的流場(chǎng)分析，也適用于非穩(wěn)定流動(dòng)的流場(chǎng)分析，如含有回流區(qū)與旋渦的復(fù)雜流動(dòng)。由于采集設(shè)備曝光不足、示蹤粒子分布不均以及噪音等硬件因素和計(jì)算

4、誤差等人為因素，導(dǎo)致了流動(dòng)圖像質(zhì)量的降低，因此獲得的速度矢量圖存在一些錯(cuò)誤矢量，本文采用了各種方法對(duì)錯(cuò)誤矢量進(jìn)行了剔除和插補(bǔ)。在軟硬件兼?zhèn)涞臈l件下，本文應(yīng)用設(shè)計(jì)整合好的射流泵粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，分析了恒定射流泵以及脈沖情況下的射流泵效率，選擇不同的流量比觀測(cè)了射流泵各部件內(nèi)的流場(chǎng)狀態(tài)，根據(jù)得到的流速矢量分布進(jìn)行分析總結(jié)，得出試驗(yàn)結(jié)論。 最后歸納總結(jié)了整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和不足之處，對(duì)以后的射流泵內(nèi)部流場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了展望。