[发明专利]一种混流泵叶片轮缘间隙流场的3D-PIV测量装置及方法

权利要求书

1.一种混流泵叶片轮缘间隙流场的3D-PIV测量装置，其特征在于，包括泵轴(2)、叶轮(1)、导叶(5)、转轮室段(3)、导叶出口管段(4)以及3D-PIV测量系统，所述叶轮(1)和导叶(5)通过泵轴(2)连接在一起，所述叶轮(1)前端安装有转轮室段(3)，所述导叶端安装有导叶出口管段(4)；所述转轮室段(3)与导叶出口管段(4)连接构成混流泵泵体，转轮室段(3)与导叶出口管段(4)内部平滑过渡形成光滑整体，所述转轮室段(3)为透明材质制成，所述转轮室段(3)外侧设有三棱柱凸起(11)；所述3D-PIV测量系统包括CCD相机(6)、片光源激光器(7)和计算机(15)，所述CCD相机(6)、片光源激光器(7)分别和计算机(15)相连；

所述转轮室段(3)内部形状在叶轮(1)进口前段为近似直管圆形，在叶轮(1)顶端为直径沿液流方向逐渐增大的圆形，转轮室段(3)外部形状是下部为方形，上部为与内部直径变化一致的圆形，所述圆形为环形管路(9)；

在转轮室段(3)外部对应叶轮(1)端部处设置三棱柱凸起(11)；所述三棱柱凸起(11)外侧的四边形面和圆环管路(9)的外环面相切且和竖直平面呈一个锐角，所述三棱柱凸起(11)内侧四边形面与该三棱柱凸起(11)外侧四边形面垂直相交；

所述三棱柱形凸起(11)设有2个且沿泵轴(2)所在的竖直平面对称分布，所述三棱柱凸起(11)之间有一个间隙(14)；所述间隙(14)的宽度在1～3mm之间；

所述CCD相机(6)拍摄方向垂直于三棱柱形凸起(11)的外侧四边形面，所述片光源激光器(7)正对所述间隙(14)发出激光面。

2.根据权利要求1所述的一种混流泵叶片轮缘间隙流场的3D-PIV测量装置，其特征在于，所述转轮室段(3)材质选用聚甲基丙烯酸甲酯。

3.根据权利要求1所述的一种混流泵叶片轮缘间隙流场的3D-PIV测量装置，其特征在于，所述转轮室段(3)与导叶出口管段(4)通过螺杆连接。

4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的混流泵叶片轮缘间隙流场的3D-PIV测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，配置和转轮室段(3)采用材质折射率相近的碘化钠溶液作为混流泵运输介质，选取平均直径为13μm、比重1.6的镀银中空玻璃球作为示踪粒子；

步骤2，将片光源激光器(7)置于转轮室段(3)的正上方，片光源激光器(7)发射出厚度为0.5mm～1mm且穿过泵轴轴心的激光面，所述激光面位于所述两个三棱柱凸起(11)之间间隙(14)的中部；

步骤3，将2台CCD相机(6)的镜头分别垂直正对所述2个三棱柱凸起(11)外侧的四边形面，且所述两台CCD相机镜头的延长线交汇于一点，所述延长线之间的角度α的范围小于120°；

步骤4，对被测流场进行标定，通过计算机(15)记录标定数据，当片光源激光器(7)发射出激光面时，2台CCD相机(6)同时曝光拍摄，通过计算机(15)对拍摄的照片进行后处理，获得混流泵叶片轮缘间隙的三维流场分布。