基于PIV技术的低比速离心泵叶轮内部流动的实验研究的任务书.docx

基于PIV技术的低比速离心泵叶轮内部流动的实验研究的任务书
任务书
一、题目
基于PIV技术的低比速离心泵叶轮内部流动的实验研究
二、研究背景与意义
离心泵是一类常见的动力机械，被广泛应用于农业灌溉、城市供水、工业流体输送等领域。其中，低比速离心泵由于其结构简单，易于制造及维修，且能够在高扬程和宽流量范围内工作，已成为一种重要的流体输送装置。然而，由于离心泵的内部流动复杂，其性能受到多种因素的影响，如叶轮形状、叶片数目、进出口流道构造等，这些因素对泵的流量、扬程和效率等均有影响。因此，在离心泵设计和优化中，了解其内部流动情况是至关重要的。
目前，PIV（ParticleImageVelocimetry）技术已成为研究流动领域的重要手段。该技术通过对流体中悬浮颗粒的追踪，测量流场中不同位置处的速度矢量，从而获得流体的流动特性，包括流速、流向、涡旋等信息。因此，将PIV技术应用于离心泵的研究，可以全面、详细地了解叶轮内部流动的情况，为离心泵的设计和优化提供重要参考。
三、研究内容及实验方案
本研究旨在通过PIV技术，对低比速离心泵的叶轮内部流动进行实验研究，具体包括以下内容：
1.泵的设计及制作
根据目标流量和扬程，设计一个适用于低比速离心泵的叶轮，同时考虑工艺和制造成本等因素。制作过程需要考虑制造精度的影响。通过扫描仪或高精度数字化设备对叶轮进行三维建模，以便后续的数值模拟。
2.流场测量与PIV技术应用
在实验室环境中，搭建一个适用于离心泵实验研究的试验台，并搭载PIV系统。在离心泵试验台上，利用PIV技术对叶轮内部流动场进行测量，获得流场中的速度矢量分布及其变化规律。
3.数据分析与建模
利用PIV测量所得数据，对离心泵叶轮内部流动进行分析和建模。在此基础上，使用计算流体力学（CFD，ComputationalFluidDynamics）对其内部流动进行模拟和预测，以验证PIV实验结果的可靠性和有效性。
四、预期结果
通过本研究，预计可达到以下几个方面的预期结果：
1.综合运用PIV、CFD等技术手段，深入研究低比速离心泵叶轮内部流动特性，阐明叶轮结构、叶片数目、进出口流道构造等因素对泵性能的影响。
2.建立适合离心泵叶轮的PIV测量系统和流动场重构方法，为离心泵流动研究提供新的测量手段和优化路径。
3.通过实验数据及数值模拟，获得理论指导意义，为离心泵的实际工程应用提供依据。
五、研究方案分工及时间安排
本研究由以下成员参与：主要研究员一名，实验员一名。
时间安排如下：
1.前期准备（2周）：
1）调研离心泵领域研究进展，搜集文献资料；
2）制作实验设备和试验台，确保实验环境稳定、可靠。
2.实验阶段（8周）：
1）完成低比速离心泵叶轮的设计和制作；
2）搭建试验台及PIV系统；
3）利用PIV测量叶轮内部流动情况，并记录数据。
3.数据处理及模拟（6周）：
1）对PIV实验数据进行处理，得出流场信息；
2）使用CFD进行数值模拟，并验证PIV实验结果的可靠性。
4.结果分析及报告撰写（4周）：
根据实验和模拟结果，对叶轮内部流动特性进行分析和总结，并编写研究报告。
任务分工：
1.主要研究员：
1）参与研究方案制定、实验及模拟；
2）负责数据处理、结果分析；
3）主持研究报告的撰写及验收。
2.实验员：
1）负责试验台和实验设备的制作；
2）搭建试验台及PIV系统；
3）协助进行实验记录和数据整理。
六、研究经费预算
本研究的预算主要包括设备购买、其它器材及物品的购买、实验和试验台搭建、数据处理及报告撰写等方面，预计总经费为15万元。
七、研究成果及应用前景
通过本研究，可以得到离心泵叶轮内部流动的详细信息及其规律，为离心泵的优化设计和工程应用提供依据。同时，本研究所建立的PIV测量系统和流场重构方法，还可以为流体力学领域提供新的测量手段，推动流动领域的进一步研究和应用。