【文章內(nèi)容簡介】 標(biāo)準(zhǔn)精度：流速的177。%重量： kg質(zhì)量流量計型號：(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：CEC3052編號：70615附加代碼：CD2A02C1DH0S2B2L7M5/1199DDC53/ARTW30CAA10量程：01 kPa精度：177。%差壓變送器2型號：CEC3052編號：71175附加代碼：CD3A02C1DH0S2B2L7M5/1199DDC51/ARTW30CAA10量程：02 kPa精度：177。%壓力變送器1型號：CEC3052編號：71152附加代碼：CG4A02C1DH0S1B1L7M5/1199WDC51/ARTW30CAA10量程： MPa精度：177。%壓力變送器2型號：CEC3052編號：70601附加代碼：CG6A02C1DH0S1B1L7M5/1199WDC51/ARTW30CAA10量程： MPa精度：177。%離心水泵型號：IH8065160揚程：32 m流量：50 m3/h轉(zhuǎn)速：2900 r/min功率： Kw效率：75%水泵用電機型號：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：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：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下面是主要的幾個儀器的介紹：（1）電磁流量計本實驗的電磁流量計實物如圖 36所示。圖 36 電磁流量計這款A(yù)XF電磁流量計性能穩(wěn)定、便于操作，零漂小。每連續(xù)使用一個周以上要對其進行一次校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時測量管中要充滿水，校準(zhǔn)方法參照使用說明書，要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，否則會損壞儀表。注意事項：不要輕易進入自己不清楚的設(shè)定選項，除非有熟悉此儀器的人員進行指導(dǎo)。如果誤進操作選項，不要進行任何操作，可以等待幾分鐘，儀表會自動取消本次操作。（2）質(zhì)量流量計本實驗所用的質(zhì)量流量計實物如圖 37所示圖 37 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計的使用以及注意事項均與電磁流量計的要求一致。（3）差壓變送器和壓力變送器圖 38所示為本次實驗所用的兩個差壓變送器1和2的實物圖，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：不要輕易進入“低點調(diào)整”和“高點調(diào)整”兩個選項，這是生產(chǎn)廠家用來對儀表進行校正用的，在客戶使用時是不能輕易改動的，一旦改動，就會使儀表測量不準(zhǔn)確，甚至無法測量。同樣，誤進后等待一段時間，儀表會自動退出，切記不要進行任何操作。（4）變頻離心泵本實驗所使用的變頻離心泵實物圖如圖 39所示。圖 39 變頻器和離心泵離心泵通過接在電機上的變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。注意事項：要不定期的給離心泵補充潤滑油，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，其最小運行頻率應(yīng)保持在19 Hz以上，調(diào)節(jié)時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水箱之間的管路直徑大于等于水泵入口口徑，否則會造成供水流量不足。 PIV測試系統(tǒng)PIV測試系統(tǒng)主要是用來觀測和分析二維測試段和泵葉輪內(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：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 TTL 5V時間觸發(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本實驗所使用的PIV系統(tǒng)包括雙脈沖激光、激光光學(xué)鏡片、CCD相機、時控回路、圖像處理計算機和圖像處理軟件。雙脈沖激光由一對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，從而方便了實驗調(diào)節(jié)。其原理如圖 310所示，在PIV測量中，激光器發(fā)射的光會照亮測試平面內(nèi)的示蹤粒子，然后通過同步器連接的CCD相機則會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算機和圖像處理軟件將保存的圖像處理為速度矢量圖，進而可得到各種流場分布規(guī)律。測試時， m左右。圖 310 雙腔激光器原理圖 實驗系統(tǒng)調(diào)試 因為實驗平臺是剛剛新建完成，在設(shè)計和搭建實驗平臺的過程中，有一些問題并沒有考慮的很周到，所以在實驗過程中，遇到了這樣那樣的問題，并在實驗過程中進行對實驗系統(tǒng)的改進及調(diào)試，這也成為了本次實驗內(nèi)容的一個重要的組成部分，下面將對本次實驗遇到的問題及調(diào)試改進方法做簡單的介紹。 離心泵調(diào)試 在實驗過程中，離心泵所遇到的問題及改進如下： （1）在較低頻率范圍下，離心泵轉(zhuǎn)軸發(fā)生振動，并伴有間歇的碰撞聲。 經(jīng)分析得知，這是由于泵都有一個最小流量限定值，一旦流量小于這個限定值，二次流就會導(dǎo)致泵振動，同時泵所受徑向力將會增大，致使撓度增大，從而引起泵軸和密封結(jié)構(gòu)的破壞。而在本實驗中，該限定值對應(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。在實驗過程中，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，這是因為離心泵進口管徑小于離心泵進口直徑所致，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，其流量遠沒有達到泵的設(shè)計流量，經(jīng)過再次分析，發(fā)現(xiàn)是安裝在主管路的質(zhì)量流量計所致。因為質(zhì)量流量計的壓損很大，將其換成光滑圓管后，離心泵就達到了設(shè)計的要求。 流量計調(diào)試 在實驗過程中，因為儀表零漂會導(dǎo)致測量的誤差，為了保證流量計在使用過程中測量的準(zhǔn)確性，本實驗使用質(zhì)量流量計和電磁流量計串聯(lián)的方式來對比驗證流量計測量的準(zhǔn)確性。表 33所示的是五次不同流量下兩個流量計的數(shù)據(jù)，可以看出兩臺測量原理不同的流量計所測流量幾乎完全吻合，證實兩臺流量計均性能可靠。表 33 流量計調(diào)試實驗組質(zhì)量流量計(t/h)電磁流量計(t/h)偏差(%)12345 差壓變送器調(diào)試 差壓變送器主要是用測量測試段的壓差，從而求出此壓差對應(yīng)下的摩擦系數(shù)。因此，在實驗過程中，同流量計一樣，使用了兩個不同量程范圍的差壓變送器同時對同一個測試段進行測量，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），其測壓孔分別處于二維通道測試段兩側(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量結(jié)果進行對比。圖 311所示為表1和表2分別在不同孔徑下的四組實驗數(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，同一塊儀表四次測量結(jié)果的變化趨勢基本一致，表明了表1和表2性能穩(wěn)定。而雷諾數(shù)越大偏差越大，是由于實驗通道膨脹引起，這在后文將會討論。對于同一儀表，四條曲線均不重合，總體上接在小孔上測量得到的數(shù)據(jù)更接近理論曲線。對比圖 311(a)和圖 311(b)可以看出表2的測量結(jié)果要略微大于表1。 （a）表1 （b）表2圖 311表1和表2在不同孔徑下的測量結(jié)果 二維通道調(diào)試在進行實驗的過程中，遇到的主要問題是在調(diào)試階段，測量的數(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：（1）墊片突出擋住了部分通道；（2）通道膨脹，這是主要的原因。下面將分別對這兩個原因進行改進。（1） 墊片突出 解決此問題的改進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)過改進后，再進行兩組實驗：第五組和第六組，測量數(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所測得的ReCf曲線均重合。，可以得出，墊片的突出對測壓孔的影響很大，其會導(dǎo)致所測壓差的擾動，且孔徑越大，擾動的影響越嚴(yán)重。圖 313 通道平整化處理后結(jié)果 （2） 通道膨脹經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，由于實驗平臺測試通道的寬度比較大，在實驗過程中，由于通道內(nèi)壓的影響，會使得通道膨脹，因此要解決這一問題，本實驗通過兩個方式來改進：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，對通道進行夾緊，限制通道膨脹。經(jīng)過改進后，又做了兩組實驗：第七組和第八組，實驗數(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，至于初始階段測量的數(shù)據(jù)較理論值稍大，主要是由于雷諾數(shù)較小時，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，實驗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)試粒子成像測速儀(PIV是一種瞬態(tài)全場速度分布測量手段，本實驗系統(tǒng)則是應(yīng)用這種手段對二維減阻測試段進行測試。本實驗用水作為工質(zhì)對PIV系統(tǒng)進行調(diào)試，檢驗設(shè)備的可靠性， PIV測試系統(tǒng)示意圖如圖 315所示。圖 315 PIV測試系統(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足夠的光線進行拍照的。其大小會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偵測。因此，示蹤粒子的大小的選取是在保證跟蹤性的同時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流體密度。總之，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測試的需要，測試過程中，要控制示蹤粒子密度為每個網(wǎng)格內(nèi)有4~8個粒子，并且通過調(diào)節(jié)相機的曝光頻率使粒子在每兩幀圖像之間的時間間隔內(nèi)向前運動1/4~1/2網(wǎng)格。（2） 尺寸標(biāo)定圖 316為PIV測試中相機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，通道受力最小時進行標(biāo)定，此時其尺寸具有一個對應(yīng)的放大系數(shù)，在之后的實驗標(biāo)定時只需要輸入此系數(shù)便可。根據(jù)實驗拍攝的圖片統(tǒng)計，在流體靜止時，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測量中，捕捉間隔時間Δt內(nèi)會有兩次激光脈沖，而相機則會在同步器的作用下在此時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所得到的圖像進行處理，而相機采集圖像的好壞和其正確性，對于處理后所得到的流場運動至關(guān)重要。而在采樣的過程中，通常會出現(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)初始運行時的不穩(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)運行不穩(wěn)定造成的，通常會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，這是由于錯誤采樣后，使得圖像處理的圖片順序發(fā)生了錯位所導(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)錯誤采樣，建議重新進行采樣。 (a) 錯誤采樣流場矢量圖 (b)