[实用新型]一种用于离心泵PIV误差测量及标定的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体力学实验领域，特指一种用于离心泵PIV误差测量及标定的方法和装置。 

背景技术

粒子图像测速技术（PIV）是一种非接触式全场流速测量技术。一般情况下PIV是在流体中加入示踪粒子，用激光器的片光照亮流场，在与片光垂直方向用相机拍摄流体运动的粒子图像，再对图像进行处理和分析，最终得到流场片光截面上的二维/三维各点速度的一种测量方法。作为一种全场、非接触、无干扰、高精度的流动测量方法，PIV适用于湍流、非定常流动等复杂流场的测量，在离心泵等复杂旋转流体机械流场测量中得到了广泛的应用。刘应征在《LDV/PIV全场速度测量的误差分析》（2002年）中提出将均匀布置有黑色格点“示踪粒子”的白纸朝一个方向移动距离s，同时启动PIV系统采集图像，利用相关分析的结果得到PIV在理想情况下的系统误差。董明哲在《PIV系统测量误差的实验评价及在柴油机喷雾测量上的应用》(2005年)中提出将砂纸贴在匀速马达转动圆盘上，在已知马达转速时圆盘各点速度可通过计算得出，利用PIV拍摄圆盘上的粒子得到各点速度，从而得到了PIV的系统误差。邵春雷在《PIV测量用模型泵的设计及测量中的误差分析》(2007年)中分析了PIV测量离心泵内流场的误差，但并没有给出误差测量的方法。现有的PIV误差测量方法只能测量PIV系统误差，而无法测量其它误差。PIV系统经过了几十年的发展，测量误差较早期已经减小了很多。而离心泵复杂的几何外形，给实验带来了较大的离心泵实验模型误差。 

本发明提供一种不仅可以测量PIV系统误差，而且可以测量离心泵实验模型误差的方法和装置，利用测得的误差还能对PIV实验进行标定。此外，使用本发明的标定盘还能替代标尺对流场图像进行空间尺度标定。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于离心泵PIV误差测量及标定的装置和方法，它不仅可以测量PIV系统误差，而且可以测量离心泵实验模型误差，利用测得的误差还能对PIV实验进行标定。 

本实用新型用标定盘替代叶轮安装在泵轴上，测量PIV系统误差；标定盘置于蜗壳中，测量离心泵实验模型误差；标定盘可沿泵轴方向移动，测量不同截面的误差。 

标定盘指表面均匀散布半球形浅坑的有机玻璃圆盘。 

离心泵实验模型误差指蜗壳与工作介质和空气之间的折射误差。 

本实用新型的原理是：调整标定盘至测量截面位置，并旋紧两端螺母将其固定在泵轴上，在空气中用PIV系统测量标定盘表面各点速度，用已知电机转速标定盘表面各点速度可通过计算得出，由此得到PIV系统误差；装上蜗壳，待蜗壳内充满工作介质后，用PIV系统测量标定盘在工作介质内表面各点速度，与前面测量标定盘表面各点的速度进行对比，得到离心泵实验模型误差；最后卸下标定盘，装上叶轮和蜗壳，用PIV系统测量流场，将所测得的各点速度减去PIV系统误差和离心泵实验模型误差的统计量，可以实现对PIV实验的标定。 

本实用新型的装置包括蜗壳、标定盘、叶轮、泵轴、联轴器、电机、转速传感器、转速显示与同步器、减震底座、激光器、跨帧CCD相机、外触发同步装置和计算机；在泵轴上固定标定盘或叶轮，标定盘或叶轮放置在蜗壳内；泵轴通过联轴器和电机相连；转速传感器固定在电机轴端，蜗壳、泵轴、联轴器、电机安放在水平放置的减震底座上；转速传感器通过转速显示与同步器与外触发同步装置相连；计算机通过外触发同步装置与激光器和跨帧CCD相机相连。跨帧CCD相机正对标定盘或叶轮放置，跨帧CCD相机拍摄平面与泵轴的轴线垂直。激光器放置在蜗壳侧面，激光器的激光口朝向与标定盘表面平行。所述标定盘的材质为有机玻璃。 

上述装置中，标定盘直径与叶轮相同；标定盘中间有螺纹孔，其规格和叶轮中间的螺纹孔相同，标定盘利用两个六角螺母固定安装在泵轴上，标定盘沿泵轴轴向移动；标定盘表面均匀散布直径约为0.2mm到0.3mm的半球形浅坑。半球形浅坑之间垂直间距和水平间距相同，约为为1mm到2mm，采用激光加工或冲压加工。 

本实用新型的实施过程如下： 

1. 调整标定盘至测量截面位置，并旋紧两端螺母将其固定在泵轴上，将激光器的片光照射整个标定盘表面上，调整电机转速为n，在空气中测量标定盘表面各点速度；用已知电机转速标定盘表面各点的真实速度，对比真实速度和测量标定盘表面各点的速度得到PIV系统误差。

2. 装上蜗壳，待蜗壳内充满工作介质后，将激光器的片光照射整个标定盘表面上，调整电机转速为n，测量标定盘在工作介质内表面各点速度，与测量标定盘表面各点的速度进行对比，得到离心泵实验模型误差。