基于PIV的泥泵葉輪內顆粒相對速度場的研究

徐立群，倪福生，劉明星，顧 磊

（1.河海大學疏浚技術教育部工程研究中心，江蘇常州 213022；2.河海大學，江蘇常州 213022）

1 前言

疏浚施工過程中，泥泵被用來抽吸和輸送漿體，為管道輸送提供動力，是挖泥船的核心設備，其正常運轉是疏浚任務順利完成的保障。而且，疏浚船舶的大部分功率都消耗在泥泵上，其性能決定了疏浚船舶的動力配置和施工效益［1~4］。泥泵的性能受諸多因素影響，其中葉輪內泥砂顆粒的運動甚為關鍵，是研究泥泵性能的重要方面。

PIV測量技術即粒子圖像測速技術，是一種瞬態、全流場、無干擾的測量技術［5］。該技術可直接測得泵內流場，被廣泛用于研究泵葉輪的內部流動［6~10］，取得了長足的進展。但可以發現，針對疏浚行業泥泵內部流動的研究較為少見，已有研究中顆粒直徑均相對較小。為此，本文擴大顆粒粒徑范圍，在河海大學疏浚技術教育部工程中心的疏浚泥泵透明試驗平臺上，采用PIV系統測量顆粒在泥泵葉輪內的相對速度場，以期為研究葉輪內顆粒的運動規律提供參考。

2 試驗介紹

2.1 模型泵

本試驗采用的模型泵是依據某挖泥船泥泵根據相似理論設計制造的，按照疏浚泥泵的設計原則，保證了葉片彎曲角度和流道形狀滿足相似性，模型泵模型如圖1所示。為確保PIV能夠拍攝葉輪內部的清晰圖像，參照文獻［10~12］，模型泵的泵殼和葉輪均采用透明有機玻璃制成，并將吸入口置于軸側［10］，其主要設計參數如表1所示。模型泵由變頻電機驅動，可調節頻率設定泵轉速。……