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1、两华大学硬士学位论文 蒸于p I V技术的水轮机尾水管内流动的试验研究学科专 业：流体机械及工程 研究生：邓万权 指导教蠕：刘小兵摘 要 水轮机内部流动, 不仪对其能量特性有重要影响，对机组的稳定性也有严重的影响，尤其是尾水管内 的旋涡流动更是；I起机组稳定性的重螫因素，因琵，水轮班尾水管内懿流动研究 一直受强大家鸵重视。麓对箕内部舱流动研究，目前主要基于试验研究和数值模拟 分析，但尽管随着电子计算机、数学和力学的发展，数学模拟方法得到r摊广并且 毒可能减免某些试验，但它并不能取代物理模拟方法，不能为新型水力机械提供完 整的使用特性，因此，试验仍然是获取数据的基本手段。P V测试技术是随着计
2、算枕熬发糕和图豫处理软牛的发震蔼快速发展起来的，烂近年发展起来的对流体 机械内部流场进行试验研究的重螯技术，越来越多的试验研究都在朝着应用P IV测 试的方向来发展。P I v测试技术适焉于从低速i II超音遮豹大范围流场测试，腹 定常流到非定常流，敝气体到液体的各种流体的流场测试.其测试的精度基本能满 足现代测试技术的要求，是一种可靠豹现代流璐溅试工具。本文对水轮机转轮出口（水轮机尾水管锥管）处的流场，采用P 1 v技术进行垒流场试验研究（包捂PIV 1坝4试方法和数据处理技术），通过对流场的澡试，并得鹫一黨比较可靠的试验 结果，如；承轮辐尾承管内部流动压力分布、速度分布规律及其他相关数据，
3、这些 测试结果将为改进水轮机_j奠流部件设计提供重要的依据。关键词：水轮机，尾 水管，内部流场，P I v测试西华大学硕士学位论文EXpe f imen tai stu 姆 o fFlow in Hydraulic D r a 基飘 b e Base 鑫强 PIV 稔 eholo 餅 Maj or： Fill id M a c 1 1 i n 材 y and En 舀 n e e r i n g Moo. Candidate； Deng Wm印 a 珏 Sup e w i s o r ； p 斌 Li u XI a o b i n 窑 ABSTRACT F o w i n s i d e hy
4、drotutbine lias great i 1 lnuences o n j t s ene 曜 y characterist icsaswdlljuBjE 妞b i 1 i啦1 n羚r蛀c u 1瓯糠e venexilltk融護抛b e远强弧p o r t嘲fac把r确ich a融担u赫t蜘醞喀码媲稻r e,锤e羚s e般ho fnowinthc 姆d删 iedraftml）e i s cont inuoul y r e c e i v i n g everbodys 扰 ention .prcsentl y, eieiTmenill res each and numerical s 油
5、 ul a t i o n are main ways o f invest igat ing t h e i I 1 1 1 e r now矗eld A1墩m j 薛w i 超趣 e如v e 1 o p m e n t o f c o 隰却 ter t c h 的 lo窑y, ma 出 e m a e s 鞠 dme 曲碱i c嗥m鼬册a E耋舗I s.蛆nl确on i s developed w r y f 酝 t and oom eexperiments c 觥 be avoided, n c d u 1 d not subsntllte p h y s i G a I s i m u
6、1 a t a Cion, a n d c o u 1 d not provide intact opera ling char 孤 tods 吐 cs f o r new hyd r au66c m 蕊 hi n吼y ,婚c x p不蔡霸e啦粕譬正珏瓢砖n c ； p 1 w# y s O o ob拯II玉h SJo PIVt e s n g s y s tem qui 跌 Uy de 喇 oped w.m岫 de ve 1 opment o f oom p u t e r i s a n d image r y proc e s s j n g 80 扭 w毗 s .It i s a n
7、important technology for experiH 博 ntal research tb intern a 1 now 船 Id ofhydraul i c machinery, i 即 d mor e and ree5p。r 泌#妞 1 fese 戮 e沁 s a 糟 d e v e 1 叩 ed t o u 辩班 V t e s 1 i n g s y s | 罐 1 珏印 p 1 e s 辩& iarge s cope 硒 m iow 印中需 d I o sllpefsonic veloci 卩出 fb m s 把 ady now t o unsteadynow, Jfom
8、 g 船 to 1 i q I 1 i d and a 1 11 i n d s of 戢 uid now field 拇 st. m g .ns m e a s u r .mgacctmcy basically s a 1 i3瘾 e t h c req u 沁 ments o f m o d c m 协敷 i n g tech n o 1 o g y I 1 i s a砖li曲le輔醐e锤蠡oo, & 1 d e始虫善m e瞧 瓣. The a m h o r carriedljemirc flow field e KDef imenttBrearch t o the nowffe 1 d
9、ofhyd r 0 小 i n e 姗 B寸 out let (hydraLdio dr 扑 Lube 1 a p o r t u b 0 时 PIV Io stingsystem(Jdud6mg P I V m o asuf i 1 1 g mdh()and d a 1 a p 糊 cessig 1 e c h n o logy )硅oo嘴巍鬟鲫矗e 1矗t e s蛀椽酉咅噩噩h o f e轴蕊n e d oome托瓣a醞eeX辨矗搦。蝴1西华大学硕士学位论文results,suCh a SPres s u r e d ist r i b u t i o n ,velocitydis砸but
10、i0n arid ot h c r relatedd a t 1 1 m ofhy d rauic 出 aft t 11 b e i n t e r i or now Thesere s 111tswill b euse 女口 1 i n i m pr o V i ng d e! si g n of flow passage i I 1 h y d r a u 1 i c t 1 1 r b i n e .Key words： Hydrami c d r a f I tube, I I 1 I 1 e r now f i e 1 d , PIV testing syStem III 西华大学
11、硕士学位论文第一章绪论i。1课题来源本课题来滚予西女蚩畿重点学摹喜建设矮 畧(矮爨编号SZD 0 4 2 )。1。2课题研究的目的和意义中国尤其是四川有丰 富的水力资源和发达的流体机械制造担6降缁 A骑璞嵯猎 A(9)僚烽乒娉u 疲 獺椭库炯 衷 A(18)库炫厂贸A10纟昆缁 A(18)库炯 贸A 3啥妓 贸A(19)怨惫 当贸y嶠 U应丁圃斐加薪挛认儒喟昙庸杵輻 灿 薪虾庙吧榜 簿苛 哌挤慢庸諏煜人剑僭谑匝藥芯抗川辣矫妫绕洎抢孟冉牧靳。芯渴侄危 校桑植谖约际釣炊怨霾X阈的i匡苛靳 哆e匝藥芯炕梗牛泯仙佟U舛粤懸澹咲口 窒饕養荡械哪i匡苛鞫媛桑绳喽运俣确植脊媛伞1吃绮闵煞20 刍忍17魁 濡
12、眄胪虫牙鞘仍 坏娜鲜度圆簧钊耄 嘤纳杓畦 塾敕椒丁埠 绦矶嗟募偕护爰 裕聪钟械纳杓评砺畚靡西悄w虫蒙廉故窃突 绞匝榻用月欠杓平姑啥加幸欢ii 穆匆賺R屹耍鲜读魁寤档湫凸輾考i匡煌上軌履i匡苛靳乃俣确植既错删 哂惺种匾囊庖滩Mii运址慕i匡苛靳牟饯匝芯浚梢越沂厩舐只i匡苛鞫 飨助植肌俣确植嫉暮侠砲浴6猿菩裕 佣 慕 只 轍糠 杓铺册丄!? 水轮机的内特性(内流场)的测试，传统采用流体动力测量仪一探针，攘锋溺璧 澈五孑L球形探铃为主，它叠奄溺警方法是褥五孑L球形撵锌分囊教蠢在所需测量 的水轮机断面上，通过水压差来分析流速的大小和方向，利用该测豢方法邈得到一 黠试验缝论，蓬怒，盎予菸测量必须将薫巍球
13、形攘锌教鬟在水轮机过流部件中，这 必将影响流场分布，产生定的干扰，同时，五孔球形探针谖试零溪难，调试 试工终量银大，宅秀擎点测量，要了瓣整个区域流场是非常困难戚不能实现的；流 场显示方法是另外一种常用的传统流场分掇鲍方法，通过摄影或朕接II溅可以壹接 理测整个沙H 虻乃齬餾纯鱒 私僮只诘奈闪鳌2.，|禀輔认址虫息弥址 椒日荒芷耳缘墓郵谖匝掠 荒芷 康姆骤、叭斓狡谟匚澤 恍卜鞫 牟问 私饬 鞫 谋爾虫息 弧欤卜？西华大学硕士学位论文入分板菱内部复杂的流动规律;激光多 II勒测速仪（L蹦）是剥用多普勒效应检测出浮于流体中的微粒运动速度来求得流 体的速度，该种测试方法怒一种无扰动测量，精度也b E较
14、高，但其测试是对某一 点进移测量，很难实现全流场测羹；热线、热膜测量仅（HWFV）也是一种流场 测蛰方法，该种方法为肖扰动流场测量，著但该测量方法中对环境要求很高，特别 是温度环境，若温度经常发生交化，受丨j调试（棘定）菲常困难盥测量静精度静 不高。粒予成像测速仪P I V o o （Particle Image Velo c i me t r y）测试技术是随着计算橇技零、离像建理授零、澈必应疆投零酌快 速发震稀发震越来，特别是通过近十年的发展，P I V测试技术也得到了高速的发 展，也越来越多缝痘，霹予各糖浚俸车昆辕避流罄镣豹肉婺流场熬测试串。瓣零轮橇 瞧流场懿溅试研究已经从传统的纹影阴影
15、法，单点测量方法如皮托管、观测、热线 熟膜淀速诗、激毙多赣赣樊1逮纹、激毙教蔻技本及激毙垒惑鼓零等竣拳发震萋瘟用数字激光粒子成像测遮技术一PIV。 PIV测试技术拥有许多其宦测速技 术掰无法 E数鲍突璧谯点：（1 ）实现了无扰测慧，用毕托管或HwF V、探 针等仪器测量时对流场都蠢一定的于挽；（2 ）突破了空间单点测量（如L D V） 的局限性，实现了全流场瞬态测麓，这对研究水轮机过流部件内部全部流动搬律提 供了方便：（3）容易求得流动的其他物理量，由于得蓟的是全场的速发信息，可 方便的运用流体运动方程求解诸如压力场、梯度场、涡量场、流线等物理信息。为 漓流、菲定常流动等流动问磁豹研究籀供了一
16、个有效躺手段，所以对水轮机的内部 流场（本文主要是针对混流式水轮机尾水管直镶管瘫流场）避行全场、淤时、无挠 动、准确豹P I 测试无鬣藏其有蓬大的交际瀨义和经济、社会效益，通过测试得 到的可靠成果可以为水轮机的优化设计疆揆参考，覧羚，P IV瓣试静缭莱还霉苏 必数餐模竣研究撵供参考秘验谖；实验研究成果在一定程度上还可供相关设计、研 究人员参考。1 3国内外研究现状及发展趋势P I V溺试技术瘟焉广泛，它覆盖 了获低速爨超音速、获气铎礫液磚的流场测试。涎羲现代量尊甑鼓零菠术、图像 处疆技零、激竞应麓技木戳及流钵韵力2西华大学硕士学位论文学和计算技术的 发展，目前国内外对于水轮机尾水管内部非定常湍流、复杂流动的研究从大量的资
