【文章內(nèi)容簡介】 標(biāo)準(zhǔn)精度：流速的177。%重量： kg質(zhì)量流量計(jì)型號(hào)：(Rotamass)RCCT38過程通徑：50 mm附加代碼：AH1M05D4SL1/BG最大工作壓力：4 MPa名義量程：32 t/h最大量程：50 t/h名義壓損： MPa最大壓損： MPa環(huán)境溫度：40~55 ℃流體溫度：50~150 ℃內(nèi)管直徑： mm零點(diǎn)穩(wěn)定性： kg/h電源：100~264VAC輸出：4~20 mA質(zhì)量：26 kg差壓變送器1型號(hào)：CEC3052編號(hào)：70615附加代碼：CD2A02C1DH0S2B2L7M5/1199DDC53/ARTW30CAA10量程：01 kPa精度：177。%差壓變送器2型號(hào)：CEC3052編號(hào)：71175附加代碼：CD3A02C1DH0S2B2L7M5/1199DDC51/ARTW30CAA10量程：02 kPa精度：177。%壓力變送器1型號(hào)：CEC3052編號(hào)：71152附加代碼：CG4A02C1DH0S1B1L7M5/1199WDC51/ARTW30CAA10量程： MPa精度：177。%壓力變送器2型號(hào)：CEC3052編號(hào)：70601附加代碼：CG6A02C1DH0S1B1L7M5/1199WDC51/ARTW30CAA10量程： MPa精度：177。%離心水泵型號(hào)：IH8065160揚(yáng)程：32 m流量：50 m3/h轉(zhuǎn)速：2900 r/min功率： Kw效率：75%水泵用電機(jī)型號(hào)：Y 132S22轉(zhuǎn)速：2900 r/min功率： Kw頻率：50 Hz電流： A電壓：380 V效率：87%功率因數(shù)：質(zhì)量：56 kg水泵變頻器型號(hào)：BTV60分辨率： Hz附加代碼：4T0055G/0075PC輸出：0~400Hz環(huán)境溫度：10~45 ℃輸入：380VAC 50Hz質(zhì)量： kg攪拌器槳葉數(shù)量：4槳葉直徑：400 mm攪拌軸長：130~150 cm攪拌器變頻器型號(hào)：頻率：~400 Hz電源：220~240 VAC最大輸出： Kw加熱器主加熱器：33 Kw副加熱器：26 Kw下面是主要的幾個(gè)儀器的介紹：（1）電磁流量計(jì)本實(shí)驗(yàn)的電磁流量計(jì)實(shí)物如圖 36所示。圖 36 電磁流量計(jì)這款A(yù)XF電磁流量計(jì)性能穩(wěn)定、便于操作，零漂小。每連續(xù)使用一個(gè)周以上要對(duì)其進(jìn)行一次校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)測(cè)量管中要充滿水，校準(zhǔn)方法參照使用說明書，要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，否則會(huì)損壞儀表。注意事項(xiàng)：不要輕易進(jìn)入自己不清楚的設(shè)定選項(xiàng)，除非有熟悉此儀器的人員進(jìn)行指導(dǎo)。如果誤進(jìn)操作選項(xiàng)，不要進(jìn)行任何操作，可以等待幾分鐘，儀表會(huì)自動(dòng)取消本次操作。（2）質(zhì)量流量計(jì)本實(shí)驗(yàn)所用的質(zhì)量流量計(jì)實(shí)物如圖 37所示圖 37 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)的使用以及注意事項(xiàng)均與電磁流量計(jì)的要求一致。（3）差壓變送器和壓力變送器圖 38所示為本次實(shí)驗(yàn)所用的兩個(gè)差壓變送器1和2的實(shí)物圖，它們所用的壓力變送器均相同。圖 38 差壓變送器這兩個(gè)壓差變送器的使用遵循使用說明書的操作規(guī)程，但是要值得注意的是：不要輕易進(jìn)入“低點(diǎn)調(diào)整”和“高點(diǎn)調(diào)整”兩個(gè)選項(xiàng)，這是生產(chǎn)廠家用來對(duì)儀表進(jìn)行校正用的，在客戶使用時(shí)是不能輕易改動(dòng)的，一旦改動(dòng)，就會(huì)使儀表測(cè)量不準(zhǔn)確，甚至無法測(cè)量。同樣，誤進(jìn)后等待一段時(shí)間，儀表會(huì)自動(dòng)退出，切記不要進(jìn)行任何操作。（4）變頻離心泵本實(shí)驗(yàn)所使用的變頻離心泵實(shí)物圖如圖 39所示。圖 39 變頻器和離心泵離心泵通過接在電機(jī)上的變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。注意事項(xiàng)：要不定期的給離心泵補(bǔ)充潤滑油，并保證水箱的水位，防止水泵空轉(zhuǎn)；為了使離心泵能夠平穩(wěn)工作，其最小運(yùn)行頻率應(yīng)保持在19 Hz以上，調(diào)節(jié)時(shí)頻率不要改變的太過突然，要平穩(wěn)的調(diào)節(jié)。此外，一定要保證水泵到儲(chǔ)水箱之間的管路直徑大于等于水泵入口口徑，否則會(huì)造成供水流量不足。 PIV測(cè)試系統(tǒng)PIV測(cè)試系統(tǒng)主要是用來觀測(cè)和分析二維測(cè)試段和泵葉輪內(nèi)的流場分布情況，其主要部件及參數(shù)如表 32所示。表 32 PIV系統(tǒng)主要部件及參數(shù)主要部件參數(shù)雙腔激光器型號(hào)：Nd:YAG波長：1064 nm 532 nm脈沖寬度：4 ns最大輸出功率：400 MJ頻率：1100 Hz片光厚度： mm光斑發(fā)散角：31176。SpeedSense 9040相機(jī)分辨率：(寬)1632(高)1200像素像素尺寸(間距)： μm位深：8/12/14 位/像素EMS 內(nèi)存： 6 GB80N77同步器總通道數(shù) 8輸入通道數(shù) 2脈沖定位精度 ns輸出信號(hào) TTL 5V時(shí)間觸發(fā)器最大觸發(fā)頻率 80 MHz后處理軟件Dynamic Studio 示蹤粒子材質(zhì)：聚苯乙烯密度： g/cm3粒徑：15 μm本實(shí)驗(yàn)所使用的PIV系統(tǒng)包括雙脈沖激光、激光光學(xué)鏡片、CCD相機(jī)、時(shí)控回路、圖像處理計(jì)算機(jī)和圖像處理軟件。雙脈沖激光由一對(duì)NdYAG激光組合而成，是一種固體紅外激光器，發(fā)射波長為1065 nm，為不可見的近紅外光，為了方便校準(zhǔn)，通過附加的諧波發(fā)生器和諧波分離器將其轉(zhuǎn)變成波長為532 nm的綠色可見光，從而方便了實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)。其原理如圖 310所示，在PIV測(cè)量中，激光器發(fā)射的光會(huì)照亮測(cè)試平面內(nèi)的示蹤粒子，然后通過同步器連接的CCD相機(jī)則會(huì)捕捉兩次被照亮的示蹤粒子，并將其保存為frame1和frame2，然后通過圖像處理計(jì)算機(jī)和圖像處理軟件將保存的圖像處理為速度矢量圖，進(jìn)而可得到各種流場分布規(guī)律。測(cè)試時(shí)， m左右。圖 310 雙腔激光器原理圖 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)平臺(tái)是剛剛新建完成，在設(shè)計(jì)和搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的過程中，有一些問題并沒有考慮的很周到，所以在實(shí)驗(yàn)過程中，遇到了這樣那樣的問題，并在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)及調(diào)試，這也成為了本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一個(gè)重要的組成部分，下面將對(duì)本次實(shí)驗(yàn)遇到的問題及調(diào)試改進(jìn)方法做簡單的介紹。 離心泵調(diào)試 在實(shí)驗(yàn)過程中，離心泵所遇到的問題及改進(jìn)如下： （1）在較低頻率范圍下，離心泵轉(zhuǎn)軸發(fā)生振動(dòng)，并伴有間歇的碰撞聲。 經(jīng)分析得知，這是由于泵都有一個(gè)最小流量限定值，一旦流量小于這個(gè)限定值，二次流就會(huì)導(dǎo)致泵振動(dòng)，同時(shí)泵所受徑向力將會(huì)增大，致使撓度增大，從而引起泵軸和密封結(jié)構(gòu)的破壞。而在本實(shí)驗(yàn)中，該限定值對(duì)應(yīng)的頻率為12~18 Hz，所以為了保證離心泵能正常平穩(wěn)的工作，就有用變頻器調(diào)節(jié)其頻率在19 Hz以上，并通過閥門和旁通管道來控制流量。（2）離心泵流量不足。在實(shí)驗(yàn)過程中，遇到過調(diào)節(jié)離心泵頻率到一定值后，繼續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)流量幾乎不變。后經(jīng)過分析得知，這是因?yàn)殡x心泵進(jìn)口管徑小于離心泵進(jìn)口直徑所致，改大管徑后這一問題得以解決，但是隨著頻率的增加，在將離心泵調(diào)節(jié)到最大頻率50 Hz時(shí)，其流量遠(yuǎn)沒有達(dá)到泵的設(shè)計(jì)流量，經(jīng)過再次分析，發(fā)現(xiàn)是安裝在主管路的質(zhì)量流量計(jì)所致。因?yàn)橘|(zhì)量流量計(jì)的壓損很大，將其換成光滑圓管后，離心泵就達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 流量計(jì)調(diào)試 在實(shí)驗(yàn)過程中，因?yàn)閮x表零漂會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的誤差，為了保證流量計(jì)在使用過程中測(cè)量的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)使用質(zhì)量流量計(jì)和電磁流量計(jì)串聯(lián)的方式來對(duì)比驗(yàn)證流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。表 33所示的是五次不同流量下兩個(gè)流量計(jì)的數(shù)據(jù)，可以看出兩臺(tái)測(cè)量原理不同的流量計(jì)所測(cè)流量幾乎完全吻合，證實(shí)兩臺(tái)流量計(jì)均性能可靠。表 33 流量計(jì)調(diào)試實(shí)驗(yàn)組質(zhì)量流量計(jì)(t/h)電磁流量計(jì)(t/h)偏差(%)12345 差壓變送器調(diào)試 差壓變送器主要是用測(cè)量測(cè)試段的壓差，從而求出此壓差對(duì)應(yīng)下的摩擦系數(shù)。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，同流量計(jì)一樣，使用了兩個(gè)不同量程范圍的差壓變送器同時(shí)對(duì)同一個(gè)測(cè)試段進(jìn)行測(cè)量，其量程分別為0~1 kPa（以下稱為表1）和0~2 kPa（以下稱為表2），其測(cè)壓孔分別處于二維通道測(cè)試段兩側(cè)寬度方向的中心線位置上， m，但是一邊是孔徑為1 mm的小孔，而另一邊則是孔徑為6 mm的大孔，測(cè)量過程中將表1和表2交替接在這兩種孔徑下，然后通過在不同孔徑下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖 311所示為表1和表2分別在不同孔徑下的四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖 311(a)為表1的數(shù)據(jù)，圖 311(b)為表2的數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，同一塊儀表四次測(cè)量結(jié)果的變化趨勢(shì)基本一致，表明了表1和表2性能穩(wěn)定。而雷諾數(shù)越大偏差越大，是由于實(shí)驗(yàn)通道膨脹引起，這在后文將會(huì)討論。對(duì)于同一儀表，四條曲線均不重合，總體上接在小孔上測(cè)量得到的數(shù)據(jù)更接近理論曲線。對(duì)比圖 311(a)和圖 311(b)可以看出表2的測(cè)量結(jié)果要略微大于表1。 （a）表1 （b）表2圖 311表1和表2在不同孔徑下的測(cè)量結(jié)果 二維通道調(diào)試在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，遇到的主要問題是在調(diào)試階段，測(cè)量的數(shù)據(jù)總是比理論值要小，而且隨著雷諾數(shù)的增大，其偏差就越大。后經(jīng)過不斷調(diào)試和分析得知，造成偏差的原因有兩個(gè)：（1）墊片突出擋住了部分通道；（2）通道膨脹，這是主要的原因。下面將分別對(duì)這兩個(gè)原因進(jìn)行改進(jìn)。（1） 墊片突出 解決此問題的改進(jìn)方法是將將二維通道出口箱箱蓋接起，并將突出的墊片割掉。處理前后法蘭連接處的平整程度如圖 312所示。圖 312 通道平整化處理經(jīng)過改進(jìn)后，再進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)：第五組和第六組，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖 313所示。從圖 313中可以看出，無論小孔還是大孔，表1和表2所測(cè)得的ReCf曲線均重合。，可以得出，墊片的突出對(duì)測(cè)壓孔的影響很大，其會(huì)導(dǎo)致所測(cè)壓差的擾動(dòng)，且孔徑越大，擾動(dòng)的影響越嚴(yán)重。圖 313 通道平整化處理后結(jié)果 （2） 通道膨脹經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試通道的寬度比較大，在實(shí)驗(yàn)過程中，由于通道內(nèi)壓的影響，會(huì)使得通道膨脹，因此要解決這一問題，本實(shí)驗(yàn)通過兩個(gè)方式來改進(jìn)：一是增大出口管徑，使得在大流量下出水阻力減??；二是通過加工不銹鋼硬夾子，對(duì)通道進(jìn)行夾緊，限制通道膨脹。經(jīng)過改進(jìn)后，又做了兩組實(shí)驗(yàn)：第七組和第八組，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如 圖 314所示。從圖中可以看出，通道問題已經(jīng)得到了解決，至于初始階段測(cè)量的數(shù)據(jù)較理論值稍大，主要是由于雷諾數(shù)較小時(shí)，由于夾子的原因，使得通道被略微夾小了，但是隨著雷諾數(shù)的增大，通道膨脹越厲害，從而逐漸抵消了夾子的夾小量，實(shí)驗(yàn)與理論值之間的偏差也逐漸減小。 圖 314 二維系統(tǒng)水的ReCf曲線確定 PIV系統(tǒng)調(diào)試粒子成像測(cè)速儀(PIV是一種瞬態(tài)全場速度分布測(cè)量手段，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則是應(yīng)用這種手段對(duì)二維減阻測(cè)試段進(jìn)行測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)用水作為工質(zhì)對(duì)PIV系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢驗(yàn)設(shè)備的可靠性， PIV測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖 315所示。圖 315 PIV測(cè)試系統(tǒng)示意圖（1） 示蹤粒子示蹤粒子是用來跟蹤流場，散射光線以提供照相機(jī)足夠的光線進(jìn)行拍照的。其大小會(huì)影響散射光線的多少，過小的示蹤粒子不能夠散射出足夠的光線供相機(jī)偵測(cè)。因此，示蹤粒子的大小的選取是在保證跟蹤性的同時(shí)還要具有良好的散射性，示蹤粒子的密度也要盡可能接近所測(cè)流體密度?？傊?，理想的示蹤粒子應(yīng)具有良好的跟隨性、散射性、無磨損、無毒、性質(zhì)穩(wěn)定、容易獲得等特征。根據(jù)PIV測(cè)試的需要，測(cè)試過程中，要控制示蹤粒子密度為每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有4~8個(gè)粒子，并且通過調(diào)節(jié)相機(jī)的曝光頻率使粒子在每兩幀圖像之間的時(shí)間間隔內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)1/4~1/2網(wǎng)格。（2） 尺寸標(biāo)定圖 316為PIV測(cè)試中相機(jī)拍攝的一幀完整圖像。正如前文所提到的，隨著流速的增大，通道會(huì)發(fā)生膨脹，這是不可避免的，因此一般是在流體靜止，通道受力最小時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，此時(shí)其尺寸具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的放大系數(shù)，在之后的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定時(shí)只需要輸入此系數(shù)便可。根據(jù)實(shí)驗(yàn)拍攝的圖片統(tǒng)計(jì)，在流體靜止時(shí)，通道寬度約為776 pix。圖 316 PIV拍攝單幀完整圖像（3） 采樣拍照PIV測(cè)量中，捕捉間隔時(shí)間Δt內(nèi)會(huì)有兩次激光脈沖，而相機(jī)則會(huì)在同步器的作用下在此時(shí)拍下兩幅圖片并保存為第一幀(frame 1)和第二幀(frame 2)。然后就可以使用圖像處理軟件對(duì)所得到的圖像進(jìn)行處理，而相機(jī)采集圖像的好壞和其正確性，對(duì)于處理后所得到的流場運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。而在采樣的過程中，通常會(huì)出現(xiàn)如圖 317所示的情況：過度曝光、采樣丟幀和正確采樣。過度曝光是由于系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)的不穩(wěn)定造成的，所以其僅發(fā)生在采樣的前幾幅圖像如圖 317(a)所示。采樣丟幀則是由于電源或變頻器干擾，使得系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定造成的，通常會(huì)在某一幅圖片的兩幀中，丟失其中的一幀，一般是丟失frame 2，一旦系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后這種情況就很少出現(xiàn)，如圖 317(b)所示。圖 317(c)為正確采樣的結(jié)果，一幅圖中的兩幀圖像粒子分布均勻、清晰。 (a) 過度曝光 (b) 采樣丟幀 (c) 正確采樣圖 317 PIV采樣圖一組采樣中，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤采樣，經(jīng)過圖像處理軟件處理后得到的矢量圖將如圖 318(a)所示，這是由于錯(cuò)誤采樣后，使得圖像處理的圖片順序發(fā)生了錯(cuò)位所導(dǎo)致。而圖 318(b)所示的則是處理后正確的矢量分布圖。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤采樣，建議重新進(jìn)行采樣。 (a) 錯(cuò)誤采樣流場矢量圖 (b)