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应用PIV技术对上升流水力分选机流场的试验研究
摘要
上升流水力分选机是一种运用水流提取杂质的机器设备，在农产品加工及制造业中有着非常重要的应用。为了实现更高效、更稳定的分选，需要对其内部的流场进行深入研究。本文基于PIV技术对上升流水力分选机的流场进行试验研究，并分析了影响其分选效果的关键因素。结果表明，上升流水力分选机内部的流场存在着复杂的涡流结构，流速分布不均匀，且存在着涡流脱离现象。对流场影响较大的因素包括进口截面、水流速度、分选槽角度等。通过优化这些因素，可以有效提高上升流水力分选机的分选效率。
关键词：PIV技术；上升流水力分选机；流场；涡流结构；分选效率
Abstract
Theupwardhydraulicsortingmachineisakindofmachineequipmentthatuseswaterflowtoextractimpurities.Ithasaveryimportantapplicationinagriculturalproductprocessingandmanufacturing.Inordertoachievemoreefficientandstablesorting,itisnecessarytostudytheinternalflowfield.BasedonPIVtechnology,thispaperstudiestheflowfieldoftheupwardhydraulicsortingmachineandanalyzesthekeyfactorsaffectingitssortingeffect.Theresultsshowthattheflowfieldinsidetheupwardhydraulicsortingmachinehasacomplexvortexstructure,unevenflowvelocitydistribution,andvortexsheddingphenomenon.Thefactorsthathaveasignificantimpactontheflowfieldincludetheinletcross-section,waterflowvelocity,andsortingchuteangle.Byoptimizingthesefactors,thesortingefficiencyoftheupwardhydraulicsortercanbeeffectivelyimproved.
Keywords:PIVtechnology;upwardhydraulicsortingmachine;flowfield;vortexstructure;sortingefficiency
引言
上升流水力分选机是一种利用水力将轻质杂质从重质作物中分离的机器设备。对于农产品加工及制造业，其具有非常重要的应用。然而，由于其内部流场结构复杂，因而影响着其分选效果的稳定性和效率。因此，对其内部流场进行深入研究具有重要意义。
PIV技术（ParticleImageVelocimetry）是一种测量流体流动速度和相关参数的先进技术。它通过在流场中注入微粒追踪其运动轨迹，从而实现对流场的精确测量。该技术应用广泛，适用于流体力学、气象学、环境工程等领域的研究。
本文基于PIV技术，对上升流水力分选机的流场进行试验研究，并分析了流场中的涡流结构与分选效果的相关性。通过实验研究，找出影响分选效率的关键因素，并提出优化建议，以提高上升流水力分选机的分选效率。
实验装置与流程
实验装置
实验装置主要由上升流水力分选机（如图1所示）、PIV测量系统和水箱等部分组成。
图1上升流水力分选机实验装置示意图
PIV测量系统中包括CCD相机、激光、光学镜头、微粒注入器等设备。激光器可以产生一束特定颜色的激光，激光穿过流场后，会被流动中的细小颗粒所散射，被CCD相机捕捉。根据颗粒在相邻两帧图像中的位置变化情况，可以计算出单位时间内颗粒的速度和方向。
实验流程
1.入口条件设置
为比较在不同条件下分选效果的差异，我们首先设置了不同的进口流速和进口横截面积。进口流速包括4m/s、5m/s和6m/s三种，进口截面积为30mm×50mm、40mm×50mm和50mm×50mm三种。
2.实验操作
打开水箱和PIV测量系统，并将实验板置于上升流水力分选机中。在实验过程中，控制分选槽角度保持不变，并进行4次实验重复，每次实验共测量20帧图像，实验时间均为10秒。实验过程中，实验板和分选槽角度均为45°。
3.测量数据处理
通过PIV测量得到实验数据，进行处理后，得到压力分布和流速分布等流体动力学参数的信息。
实验结果与分析
涡流结构分析
实验结果显示，在上升流水力分选机内部，存在着复杂的涡流结