[發(fā)明專利]一種用于離心泵PIV誤差測量及標(biāo)定的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210446201.5
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103062075A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉厚林;楊洪鑌;王勇;任蕓;王凱;談明高
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: F04D15/00
• 分類號: F04D15/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，特指一種用于離心泵PIV誤差測量及標(biāo)定的方法和裝置。?

背景技術(shù)

粒子圖像測速技術(shù)（PIV）是一種非接觸式全場流速測量技術(shù)。一般情況下PIV是在流體中加入示蹤粒子，用激光器的片光照亮流場，在與片光垂直方向用相機(jī)拍攝流體運(yùn)動(dòng)的粒子圖像，再對圖像進(jìn)行處理和分析，最終得到流場片光截面上的二維/三維各點(diǎn)速度的一種測量方法。作為一種全場、非接觸、無干擾、高精度的流動(dòng)測量方法，PIV適用于湍流、非定常流動(dòng)等復(fù)雜流場的測量，在離心泵等復(fù)雜旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械流場測量中得到了廣泛的應(yīng)用。劉應(yīng)征在《LDV/PIV全場速度測量的誤差分析》（2002年）中提出將均勻布置有黑色格點(diǎn)“示蹤粒子”的白紙朝一個(gè)方向移動(dòng)距離s，同時(shí)啟動(dòng)PIV系統(tǒng)采集圖像，利用相關(guān)分析的結(jié)果得到PIV在理想情況下的系統(tǒng)誤差。董明哲在《PIV系統(tǒng)測量誤差的實(shí)驗(yàn)評價(jià)及在柴油機(jī)噴霧測量上的應(yīng)用》(2005年)中提出將砂紙貼在勻速馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤上，在已知馬達(dá)轉(zhuǎn)速時(shí)圓盤各點(diǎn)速度可通過計(jì)算得出，利用PIV拍攝圓盤上的粒子得到各點(diǎn)速度，從而得到了PIV的系統(tǒng)誤差。邵春雷在《PIV測量用模型泵的設(shè)計(jì)及測量中的誤差分析》(2007年)中分析了PIV測量離心泵內(nèi)流場的誤差，但并沒有給出誤差測量的方法?，F(xiàn)有的PIV誤差測量方法只能測量PIV系統(tǒng)誤差，而無法測量其它誤差。PIV系統(tǒng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，測量誤差較早期已經(jīng)減小了很多。而離心泵復(fù)雜的幾何外形，給實(shí)驗(yàn)帶來了較大的離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差。?

本發(fā)明提供一種不僅可以測量PIV系統(tǒng)誤差，而且可以測量離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差的方法和裝置，利用測得的誤差還能對PIV實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。此外，使用本發(fā)明的標(biāo)定盤還能替代標(biāo)尺對流場圖像進(jìn)行空間尺度標(biāo)定。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于離心泵PIV誤差測量及標(biāo)定的裝置和方法，它不僅可以測量PIV系統(tǒng)誤差，而且可以測量離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差，利用測得的誤差還能對PIV實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。?

本發(fā)明用標(biāo)定盤替代葉輪安裝在泵軸上，測量PIV系統(tǒng)誤差；標(biāo)定盤置于蝸殼中，測量離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差；標(biāo)定盤可沿泵軸方向移動(dòng)，測量不同截面的誤差。?

標(biāo)定盤指表面均勻散布半球形淺坑的有機(jī)玻璃圓盤。?

離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差指蝸殼與工作介質(zhì)和空氣之間的折射誤差。?

本發(fā)明的原理是：調(diào)整標(biāo)定盤至測量截面位置，并旋緊兩端螺母將其固定在泵軸上，在空氣中用PIV系統(tǒng)測量標(biāo)定盤表面各點(diǎn)速度，用已知電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)定盤表面各點(diǎn)速度可通過計(jì)算得出，由此得到PIV系統(tǒng)誤差；裝上蝸殼，待蝸殼內(nèi)充滿工作介質(zhì)后，用PIV系統(tǒng)測量標(biāo)定盤在工作介質(zhì)內(nèi)表面各點(diǎn)速度，與前面測量標(biāo)定盤表面各點(diǎn)的速度進(jìn)行對比，得到離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差；最后卸下標(biāo)定盤，裝上葉輪和蝸殼，用PIV系統(tǒng)測量流場，將所測得的各點(diǎn)速度減去PIV系統(tǒng)誤差和離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差的統(tǒng)計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)對PIV實(shí)驗(yàn)的標(biāo)定。?

本發(fā)明的裝置包括蝸殼、標(biāo)定盤、葉輪、泵軸、聯(lián)軸器、電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速顯示與同步器、減震底座、激光器、跨幀CCD相機(jī)、外觸發(fā)同步裝置和計(jì)算機(jī)；在泵軸上固定標(biāo)定盤或葉輪，標(biāo)定盤或葉輪放置在蝸殼內(nèi)；泵軸通過聯(lián)軸器和電機(jī)相連；轉(zhuǎn)速傳感器固定在電機(jī)軸端，通過轉(zhuǎn)速顯示與同步器與外觸發(fā)同步裝置相連；計(jì)算機(jī)通過外觸發(fā)同步裝置與激光器和跨幀CCD相機(jī)相連?？鐜珻CD相機(jī)正對標(biāo)定盤或葉輪放置，跨幀CCD相機(jī)拍攝平面與泵軸的軸線垂直。激光器放置在蝸殼側(cè)面，激光器的激光口朝向與標(biāo)定盤表面平行。?

上述裝置中，標(biāo)定盤直徑與葉輪相同；標(biāo)定盤中間有螺紋孔，其規(guī)格和葉輪中間的螺紋孔相同，標(biāo)定盤利用兩個(gè)六角螺母固定安裝在泵軸上；標(biāo)定盤表面均勻散布直徑約為0.2mm到0.3mm的半球形淺坑。半球形淺坑之間垂直間距和水平間距相同，約為為1mm到2mm，采用激光加工或沖壓加工。?

本發(fā)明的實(shí)施過程如下：?

1.?調(diào)整標(biāo)定盤至測量截面位置，并旋緊兩端螺母將其固定在泵軸上，將激光器的片光照射整個(gè)標(biāo)定盤表面上，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速為n，在空氣中測量標(biāo)定盤表面各點(diǎn)速度；用已知電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)定盤表面各點(diǎn)的真實(shí)速度，對比真實(shí)速度和測量標(biāo)定盤表面各點(diǎn)的速度得到PIV系統(tǒng)誤差。

2.?裝上蝸殼，待蝸殼內(nèi)充滿工作介質(zhì)后，將激光器的片光照射整個(gè)標(biāo)定盤表面上，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速為n，測量標(biāo)定盤在工作介質(zhì)內(nèi)表面各點(diǎn)速度，與測量標(biāo)定盤表面各點(diǎn)的速度進(jìn)行對比，得到離心泵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼`差。?