[發(fā)明專利]水力機械內(nèi)部流場精細化測試試驗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210024859.7
• 申請日: 2012-02-06
• 公開（公告）號: CN102798511A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 蘇文濤;邱希亮;張穎杰;魏顯著;趙越;李鳳臣;尹俊連;趙昊陽;魏方睿
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及水力機械內(nèi)部流場精細化測試試驗裝置。

背景技術(shù)：實驗測試技術(shù)對于流體動力學的發(fā)展一直都起著至關(guān)重要的作用，所有新的物理現(xiàn)象、絕大多數(shù)流體動力學理論及其數(shù)學模型都是首先通過實驗測量而獲得的。例如，高雷諾數(shù)慣性湍流流態(tài)的判定、極低雷諾數(shù)彈性湍流現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、邊界層理論的建立、邊界層動量積分方程的推導無不是在實驗的基礎上來完成的。計算流體動力學(Computational?Fluid?Dynamics，簡稱CFD)技術(shù)的發(fā)展同樣離不開實驗的支持。雷諾平均方法(Reynolds?Averaged?Method，簡稱RANS)中所用的各種湍流模型都是基于流動某一方面特性而建立起來的。對于水力機械性能及優(yōu)化設計研究中所用的CFD技術(shù)(包括所選的湍流模型及算法等)，同樣在工程應用之前必須先通過實驗數(shù)據(jù)的驗證。而且，事實是一般的CFD計算都不能在各個側(cè)面與實驗數(shù)據(jù)(或現(xiàn)象)完全吻合，只能根據(jù)需要來取折中、滿足工程上的精度要求。

迄今為止，水力機械特性的測試方法主要是對壓力、流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等外特性的測量，對水力機械內(nèi)特性的研究只能采用定性的方法，而無法進行定量研究，例如對葉道渦初生和發(fā)展的判定，卡門渦的判定，葉片背面空化現(xiàn)象的判定，尾水管內(nèi)空化程度的判定等，只能依靠觀測人員的肉眼觀察，甚至在觀測時還需要在流場內(nèi)部放置探頭(例如使用內(nèi)窺鏡時)，從而對流場產(chǎn)生干擾，影響內(nèi)部流場的真實性。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的目的是提供一種對水力機械內(nèi)部復雜湍流場的計算更加精確，高效、可靠的水力機械內(nèi)部流場精細化測試試驗裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種水力機械內(nèi)部流場精細化測試試驗裝置，整體結(jié)構(gòu)為閉式循環(huán)管路，包括尾水罐、水泵組、電磁流量計、系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)閥、系統(tǒng)阻尼精細調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)流法蘭柵、錐管、透明水槽、透明模型裝置、伸縮節(jié)、粒子圖像測速裝置，尾水罐與水泵組、電磁流量計、系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)閥、系統(tǒng)阻尼精細調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)流法蘭柵、錐管、透明模型裝置依次連通，透明模型裝置設于透明水槽內(nèi)，測功機置于透明模型裝置上方且與透明模型裝置連通，透明模型裝置與尾水罐連接，在透明模型裝置的待測處設有粒子圖像測速裝置。

本發(fā)明公開的水力機械內(nèi)部流場精細化測試試驗裝置為全封閉系統(tǒng)，且可雙向流動。當來流方向為高壓側(cè)流向低壓側(cè)時(圖1中箭頭所示方向，即正向流動)，可對制造成透明的混流式水輪機、軸流式水輪機、貫流式水輪機等進行研究。當來流方向為低壓側(cè)流向高壓側(cè)時(圖1中箭頭所示方向的相反方向，即反向流動)，可對制造成透明的水泵進行研究。當然，本裝置對即要求正向流動同時又要求反向流動的水泵水輪機進行全特性研究是再適合不過的。尾水罐上方分別與抽真空、高壓氣源連接，用來調(diào)節(jié)尾水壓力，從而保證本裝置可以在不同的空化系數(shù)下對水力機械性能進行研究，也可以作為研究空化現(xiàn)象發(fā)生機理的平臺。水泵組可實現(xiàn)無極調(diào)速，與測功機、阻尼調(diào)節(jié)閥共同完成對系統(tǒng)水頭和流量的調(diào)節(jié)，使受測水力機械在預期的工況點運行。本發(fā)明用于水力機械內(nèi)部流場精細化測試的試驗裝置，整體結(jié)構(gòu)為閉式循環(huán)水路，通過水泵組將尾水罐中的溶液泵入管路中，再經(jīng)系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)閥和系統(tǒng)阻尼精細調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后進入穩(wěn)流法蘭柵，穩(wěn)定的溶液流經(jīng)透明模型裝置進行整流，最后返回尾水罐；尾水罐與抽真空和高壓氣源裝置連接，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)真空度。設置的電磁流量計用于測試裝置流量；系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)閥起到調(diào)節(jié)管路阻尼的作用，系統(tǒng)阻尼精細調(diào)節(jié)閥起到微調(diào)管路阻尼的作用；正向流動時，測功機起到發(fā)電機的作用，反向流動時，測功機起到原動機的作用，目的是調(diào)節(jié)水力機械轉(zhuǎn)速，同時與水泵組、系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)閥、系統(tǒng)阻尼精細調(diào)節(jié)閥共同調(diào)節(jié)系統(tǒng)水頭和流量；同樣由有機玻璃制作的透明水槽內(nèi)充滿化學試劑調(diào)制成與有機玻璃折射率相同的溶液，進行模型裝置的折射率匹配，使用粒子圖像測速裝置機型透明模型裝置內(nèi)部流場的測試。例如，對葉柵進行測試，研究流固耦合現(xiàn)象；測試轉(zhuǎn)輪入口和內(nèi)部，研究動靜干涉和葉道渦初生及發(fā)展現(xiàn)象；測試尾水管錐管，研究渦帶的形狀及能量特性；測試擴散段，研究消能特性，同樣可以對尾水管支墩的形狀和位置進行優(yōu)化設計等方面進行研究；在水路中均勻散播跟隨性、反光性良好的且比重與流體相當?shù)氖聚櫫Ｗ樱{(diào)整閥門開度，進而改變工況，用CCD相機對流動狀態(tài)進行拍攝記錄；使用軟件Insight?3G對獲取的圖像進行后處理，得到模型裝置流場的二維速度分布。