水泵系统能否高效率运行取决于多个因素，其中包括水泵吸水池的结构。水泵吸水池设计主要是减少其内部流动中的漩涡，以免引起泵振动、空化空蚀和效率降低，避免水泵的性能恶化水泵吸水池的结构一旦确定，影响水泵吸水池中流场的主要因素就是来流情况，水泵吸水池中的流场随不同的来流而变化因此考察一个吸水池的结构是否合理，不能孤立地看它的结构，而是要把它放在工作时的来流情况下，看其会对泵系统的效率产生多大的影晌本文针对某种封闭式吸水池，利用PIV技术对其在不同来流情况下的内部流场进行测量，分析出这种吸水池运行时适合的工况。

　　1吸水池和PIV系统水泵吸水池结构如所示，这是一个特制的不规则结构矩形密封槽，长2500mm，宽400mm，高248mm槽中央是一个垂直的隔板，它将进水口分成两个对称部分，隔板在进口段很薄，只有12mm，而接近吸入官时逐渐变厚，达到40mm，隔板端面呈半圆形，以优化吸水池中水的流动状态吸水池的两个进水口大小一致，从进水方向看，右侧是进水口A，左侧是进水口B，使用两个进水口可给水*国家自然科学基金资助项目（项目编号：59779030）李小明清华大学热能工程系硕士，100084北京市张波涛清华大学热能工程系硕士李永清华大学热能工程系博士吴玉林清华大学热能工程系博士教授袁辉靖北京大学力学系硕士讲师，100083北京市李小明等：水泵吸水池流场PIV分析泵吸水池创造一种不对称的来流条件，从而提供泵实际运行时的来流条件。在靠近吸入管的部分，吸水池的边缘都设计成倒角的形式，以优化水的流动状态。试验所用吸入管具有特殊的喇叭形进口，可以优化吸入管周围的流动状态吸入管的进口断面中心距底面的距离为80mm，到后壁的距离为160mm，到左右壁面的距离均为200mm水泵吸水池结构简图PIV系统中激光器是功率为12mj/Pulse的NdYAG双腔激光器，示踪粒子为直径10~ 20Pm的空心玻璃粒子，所使用的摄像机分辨率为1 1000激光器两次脉冲之间的间隔范围是200~ 600ns，第二次曝光的时间比次曝光的时间要长，每秒钟拍摄3.75对曝光照片，这样就可以得到足够高精度的互相关照片。

　　2试验工况表14种工况下的流量m3/min工况部位总量3结果分析本文选取两个断面进行分析，两个断面的位置如所示，A面与吸入管入口相切，B面接近于矩形密封槽头部分析所涉及的两个断面PIV处理后得到的是每帧图像各个像素的速度分量，然后由某一位置处拍摄的40幅图像得到各个像素的平均速度，即试验中吸水池的来流条件是由进口A和进口B中的流量决定的，整个试验中测量的工况如表1所示。

　　这里所设计的4种工况的流量比从大到小。

　　3.1流线分析B面的流线如所示如果两侧的流量对称，那么B面的流线应关于轴线对称从上面的流线图B面的流线分布图（a）工况1（b）工况2（c）工况3（d）工况4可以看到，流动的不均并不是随着流量的增大而增大，而是随着流量比的增大而增大（在流量比大于1的情况下）在流量比小的工况下（工况4），流场中的流线接近于坚直状态，也就是基本上关于轴线对称，而在流量比大的情况下（工况1），部分流线已经过渡到从右往左的水平状态。

　　算出每个面上各个点速度的标准偏差得出各个面的速度偏差之后，即可求出面上各点的湍动能3.2湍动能分析k=下面根据该断面的湍动能图进行分析。首先计湍动能图如所示。从图中可看出每种工况农业机械学报下流场中心附近都产生了漩涡，涡产生的位置和流为0. 60，两者相差1倍多。工况3和工况4的流量量比的变化关系不大，它始终位于吸入管中心位置比相差不大，其湍动能也基本一致这同样说明流动的一个小的区域内（吸入管中心位置的横坐标是0.2m，纵坐标是0.16m）工况1漩涡中心处的湍动能达到了1.35，而工况4相应位置处的湍动能仅的不均随着流量比的增加逐渐增加，与流量的增加没有太大关系同时比较湍动能为0.24的等量线所围成的范围，可以看出4种工况包容的范围是逐渐A面上的湍动能（a）工况1（b）工况2（c）工况3（d）工况4减小的，也就是说湍动的影响范围也是逐渐增大的3.3涡矢量分析下面再对A面的涡矢量进行比较。在本试验中，由于测出的是二维流场，所以涡矢量仅有一个分量，为等涡量图如所示。从该图来看，各个工况下的涡量场是类似的。涡量大值出现在吸入管的中心，也就是说涡中心出现在吸入管的中心，这与湍动能图是一致的。在中心两侧出现了与中心涡方向相反的小涡，这些小涡在流线分布图和湍动能图中看不出来，而水流正是从吸入管的周围流入吸入管的，所以这些小涡实际是存在的相对来说，中心右侧涡量要比左侧大一些在远离涡中心的区域只有一些小涡存在，涡量都近似于零从前3个工况来看，随着流量比的增加，涡量的值有所增加但对于流量比小、流量值大的工况4来说，它的涡量值比工况2和3要大，这说明流量对涡量的影响已经超过了流量比对涡量的影响。综合分析~可以看出，这种不规则矩形吸水池对来流的情况很敏感，对于流量比接近1的工况，吸水池中漩涡较小。如果想要在流量比较大的工况下运行，那么应该尽可能在吸入管前添加稳流装置A面上的涡量（a）工况1（b）工况2（c）工况3（d）工况4 4结论场等优点，很适合测量水泵吸水池内部的流场（2）利用PIV技术对吸水池内部流动测量的结果表明，这种不规则矩形吸水池在各种不同的工况下的流动性能有着明显的区别。它只适于在流量比接近1的工况下运行，对流量比变化的适应性并不强流量比达到一定数值时会产生相当量的紊动，这将影响水泵的性能，而流量大小对其性能没有太大的影响