[发明专利]一种用于水轮机尾水管内部流场粒子图像测速的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于水轮机尾水管内部流场粒子图像测速的实验装置，包括水轮机主体，尾水管和二维平面粒子图像测速装置；二维平面粒子图像测速装置包括第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第三脉冲激光器，第一高速摄像机、第二高速摄像机、第三高速摄像机、控制及数据采集器和计算机；第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第三脉冲激光器的激光发射端分别安装有第一起偏器、第二起偏器和第三起偏器，第一高速摄像机、第二高速摄像机、第三高速摄像机镜头前分别安装有第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；本发明的装置能够准确地对水轮机尾水管内的流场进行三个截面断面的同步观测和记录，操作简单、调试调整灵活方便。

技术领域

本发明具体涉及一种用于水轮机尾水管内部流场粒子图像测速的实验装置。

背景技术

机组在部分负荷工况下，尾水管内部的偏心涡带产生的不稳定的压力脉动是导致机组运行时出现振动的重要因素，如何有效的处理尾水管内部偏心涡带导致的机组不稳定运行是如今流体机械学科一个重要的研究方向。因此，需要需要对尾水管内部偏心涡带产生机理和规律进行研究。

卢金玲课题组(王剑鹏.混流式水轮机尾水管内部流动数值模拟研究[D].西安理工大学,2018.)，实验使用透明材质制造的尾水管并进行拍照，该方法只能进行涡带形态上的判断，定性地描述偏心涡带的移动和变化。这也是大多数研究水轮机尾水管流动状态的研究方法，不能定量对涡带流场进行分析，不能定量得到尾水管流动信息。

中国专利CN 103197095B利用一个三棱镜的分光装置，将入射多色激光分散为不同颜色的片光源，同时照向测试区域，不同的摄像机镜头前加装某一特定颜色的滤光片，使得一台摄像机仅能拍摄对应颜色的断面，并对每个断面进行二维粒子图像分析。该方法局限性在于光强被削弱，相机检测时由于光强的影响不能很好地捕捉到流场完整信息，从而造成一定的实验误差。

陈次昌等(陈次昌,李丹,季全凯,王军,许巍巍.混流式水轮机尾水管内部流场的PIV(Particle Image Velocimetry，简称PIV)测试[J].机械工程学报,2006(12):83-88.)对水轮机尾水管内部流场做的PIV测试，该实验只能得到某个固定截面不同时间的图像信息，通过后期的软件算法处理得到某个截面的流场信息。该方法的该方法的局限性是只能得到某个固定截面随时间变化的流场信息，无法同时得到多个截面的流场信息。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种用于水轮机尾水管内部流场粒子图像测速的实验装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于水轮机尾水管内部流场粒子图像测速的实验装置，包括水轮机主体，尾水管和二维平面粒子图像测速装置；

二维平面粒子图像测速装置包括第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第三脉冲激光器，第一高速摄像机、第二高速摄像机、第三高速摄像机、控制及数据采集器和计算机；

水轮机主体包括蜗壳入口、蜗壳、导叶、叶轮；第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第三脉冲激光器的激光发射端分别安装有第一起偏器、第二起偏器和第三起偏器，这三个脉冲激光器发射出的光源偏振态依次有60度的夹角；第一高速摄像机、第二高速摄像机、第三高速摄像机镜头前分别安装有第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片；

尾水管与水轮机叶轮出口连接，控制及数据采集器连接第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、第三脉冲激光器；控制及数据采集器还连接第一高速摄像机、第二高速摄像机和第三高速摄像机；控制及数据采集器还与计算机连接。

进一步地，尾水管通过法兰结构连接在水轮机叶轮出口处。

进一步地，尾水管采用外面是六面体，内部是圆柱体的结构。

进一步地，尾水管由透明的有机材料制成，有机材料的折射率接近于水。