水泵吸水池内流场的PIV试验分析

    0  前言

    水泵吸水池在泵站建设中具有重要的意义，其设计的合理与否，会直接影响到泵站的运行效率和安全。在进行水泵吸水池设计时，应尽量要求结构简单，尺寸较小，施工方便，造价低，同时又要尽可能地减少吸水池内部的水力损失，优化内部流动，使得泵站的性能得到充分发挥[[1,2)。如果设计不当，会引发振动、空蚀，导致泵效率降低，严重时泵站将不能正常工作。

    本文就是应用PIV技术I3)对一种新型封闭式吸水池模型的内部流场进行测量，根据测量结果进行流场分析[4)。然后在吸水池吸入管的底部加上一个T形涡旋阻止器，再次进行流场测量分析，比较它们的流动性能。结果表明，在同样尺寸、同样流动参数下，吸水池内的流动情况可以得到较大改善。这对于水泵吸水池及泵站的设计和改造具有实际的工程意义。

    1  试验装置

    1.1吸水池模型

    试验针对的是一种新型封闭式吸水池模型，如图1所示。模型采用封闭式池身、双进口双流道和倒角过渡结构，与传统吸水池模型相比[}s}，这种模型有以下优点。

    首先，封闭式池身使得水流在吸水池中不与外界接触，这就避免了表面空气吸入涡的产生，减小了水力损失，提高了效率。同时可以减小吸入管的淹没深度，使得吸水池的深度减小，从而节约了造价。

    其次，双进口双流道使得来流可以进行不对称调节，从而改善吸入管周围的流动情况[X61。而倒角过渡结构则避免了各壁面交界处因流动突变而造成的壁面涡的产生，从而减小了水力损失，提高了效率。

    对比试验则是在吸水池的吸入管的底部再加上一个T形涡旋阻止器，用来改善吸入管前的流动状况。

    1.2  PIV系统

    试验所用的仪器是由TSI公司生产的，由以下几部分组成:一个双腔Nd:YAG激光器，一个CCD，一个高速数据接口板，一个同步器和数据处理系统。其中激光器为能量120 mJ/Pulse的Nd:YAG双心激光器，示踪粒子为直径为I0}-20 },m的空心玻璃粒球，所使用的摄像机分辨率为1 300像素X1 000像素。整个PIV试验系统如图2所示^[7-8]。

    激光器两次脉冲之间的间隔可以为200_~600µs，第二次曝光的时间比第一次曝光的时间要长，每秒钟拍摄3.75对单次曝光照片，在这种情况下可以得到理想的互相关照片。

    在试验过程中，从与上、下、左、右壁面平行的四个方位进行拍摄，每个方位又有四个不同位置，如图}b所示，每一个位置拍摄40对单次曝光图片，这样，S种工况可以得到3 200对单次曝光照片，这些照片能够全面的反映出流场内部的流动状态^[9,1]。