一种离心压缩机内气固两相流场PIV测试的实验装置及使用方法

本发明涉及压缩机piv流场测试装置，具体为一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置及使用方法。

背景技术：

1、粒子图像测速技术（particle image velocimetry，以下简称：piv）是一种先进的流场测量技术，它能够提供关于流体流动的详细速度分布信息，piv技术通过在流体中引入示踪颗粒，并使用脉冲激光照亮粒子所在的平面，然后通过高速相机记录粒子的运动轨迹，再通过图像处理分析，可以获得流场的速度矢量图，从而反映流体的流动特性。

2、piv技术的优点在于其非接触性、能够实现全流场瞬态测量，并且可以方便地求得流场的其他物理量，如压力场、涡量场等，这些特性使得piv技术在流体力学研究中占有重要地位，尤其适用于研究涡流、湍流等复杂流动结构。

3、其中，利用piv流场测试技术对离心压缩机内部流场进行测试，对于性能优化、故障诊断、设计验证和效率提升等方面具有重要意义。它能够直观地揭示流场中的复杂流动现象，如分离区、回流区和湍流，帮助工程师深入理解压缩机内部的流动动力学。此外，piv技术还能评估噪声和振动，识别磨损区域，减少能量损失，并支持多工况下的流场分析。通过这些测试，可以优化叶片设计，减少流动问题，提高设备性能和可靠性，降低运营成本，并对环境产生积极影响。piv技术是研发新型离心压缩机、进行教学培训以及评估设备性能的重要工具。

4、同时，使用piv流场测试技术对离心压缩机内部的气固两相流场进行测试，相比于传统的气相单相测试手段，提供了更为全面的流动特性分析和深入的流动机理解。这项技术能够同时捕捉气体和固体颗粒物的速度、分布及浓度，识别流场中的复杂结构，诊断可能的流动问题，从而为离心压缩机冲刷磨损研究提供有力支撑，为工程设计及实践操作提供可靠指导。两相piv技术的应用范围更广，能够适应不同的流动工况条件和颗粒大小，为工程应用提供更精确的数据支持，增强了数据分析的综合性和实用性。

5、然而，为了保证气固两相在进入离心舱前能够充分混合均匀，现有技术通常需要在进气管路上增设预混合装置，通过外接动力使得气固两相混合，然后将气固两相加入压缩机进口管路，但这种方法混合效果一般，加之离心压缩机入口抽吸强烈，很难在压缩机内形成稳定均匀的气固两相流，此外，这种方式引入了更多的结构并占用了空间，且现有的气固两相测试与气相测试方式之间的切换较为繁琐，需要进行多组管道和阀门的调控，从而不利于快速进行测试方式的转换。

6、综上所述，本发明的目的在于提供一种集成度更高的离心压缩机测试管路，使其能够在气相和气固两相测试过程中快速进行切换，并保证气固两相充分混合均匀，能够实现对离心压缩机内流场piv测试的一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置及使用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置，包括：

4、离心压缩机，所述离心压缩机内开设有离心舱，所述离心舱内通过传动轴固定有离心叶轮，通过所述离心叶轮的旋转使得气体由离心压缩机的进气端输入并通过出气端流出；

5、动力电机，所述动力电机的驱动轴与传动轴远离离心叶轮的一端固定连接，通过动力电机的旋转带动传动轴旋转；

6、ccd相机安装管，所述ccd相机安装管与离心压缩机的进气端连通，所述ccd相机安装管内固定安装ccd相机，所述ccd相机的镜头延长线与传动轴轴线延长线重合；

7、示踪颗粒添加口，所述示踪颗粒添加口设置于离心压缩机的进气端前的管路上，所述示踪颗粒添加口通过与外接示踪颗粒加入装置连通，从而确保混合示踪颗粒的气体进入离心舱内；

8、激光光源发射器，所述激光光源发射器通过离心压缩机侧边设置的透光可视窗向离心舱内发射激光，该激光垂直于传动轴的轴线方向入射，以及，

9、气流换向管，所述气流换向管与ccd相机安装管连通，所述气流换向管侧边还安装有气固预混合进气管以及气固预混合出气管，所述气固预混合进气管上还安装有定量颗粒投放装置，所述气固预混合进气管以及气固预混合出气管远离气流换向管一端与气固预混合舱连通，所述气流换向管上还安装有换向阀，所述换向阀用以改变气体流向，所述换向阀通过改变气体流向从而形成两种测试模式，即气相流场测试模式和气固两相流场测试模式，所述气固预混合进气管和气流换向管上均设置有示踪颗粒添加口；其中，

10、所述气固预混合舱设置于离心压缩机内且与离心舱隔离开，所述气固预混合舱内还安装有预混合搅拌叶轮，所述预混合搅拌叶轮固定安装在传动轴上，通过传动轴的旋转同步进行气体的离心压缩以及气固两相的混合。

11、优选的，所述离心舱由前端盖和后端盖扣合组成，所述气固预混合舱开设于后端盖内，所述气固预混合舱两侧的传动轴上还套设有密封轴承，所述密封轴承安装在后端盖内，所述透光可视窗可拆卸式安装在离心压缩机的前端盖上。

12、优选的，所述ccd相机安装管包括前端长管连接段、相机安装座段和后端连接段，所述前端长管连接段、相机安装座段和后端连接段相互抵靠端面采用法兰连接环连接，所述相机安装座段内固定焊接有相机安装座，所述ccd相机通过紧固螺栓固定安装在相机安装座上，所述相机安装座上开设有左右贯穿的通孔。

13、优选的，所述前端长管连接段与离心压缩机的进气端通过法兰连接环连接，所述后端连接段与气流换向管通过法兰连接环连接。

14、优选的，所述ccd相机安装管和气流换向管的轴心延长线均与传动轴轴线重合。

15、优选的，所述ccd相机经相机安装座向ccd相机安装管外引出导线并与外接电源电性连接，通过外接电源向ccd相机进行供电。

16、优选的，所述传动轴延伸出离心压缩机一侧还固定安装有光电定位块，所述光电定位块外侧活动套设有光电测试套，所述光电测试套内安装有光电传感器，所述光电测试套磁性固定吸附在离心压缩机上，所述光电测试套通过主控mcu与ccd相机电性连接，通过光电定位块和光电测试套的配合，所述光电定位块内安装有光电发射装置，使得离心叶轮在旋转至特定位置时触发ccd相机进行拍照，实现对离心压缩机内某一区域流场的连续测试。

17、一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置的使用方法，在气相流场测试模式下包括以下步骤：

18、步骤一：手动旋转换向阀使得换向阀两侧的气流换向管处于连通状态；

19、步骤二：启动动力电机使得离心叶轮根据设定的转速进行定轴旋转运动，通过向离心压缩机的进气端管路内添加示踪颗粒，掺杂示踪颗粒的混合气体从进气端进入离心舱内并在离心作用下从出气端流出；

20、步骤三：待气流稳定后开启激光光源发射器，激光光源发射器发射的激光通过透光可视窗进入离心舱内并照射在离心叶轮内；

21、步骤四：打开ccd相机，开启光电定位块内的光电发射装置，并同步打开光电测试套内的光电传感器，当离心叶轮中某一特定叶片转到某一特定位置时触发ccd相机，实现对离心叶轮内某一特定区域的连续拍摄，通过ccd相机进行拍照并分析离心压缩机内部流场特征。

22、一种离心压缩机内气固两相流场piv测试的实验装置的使用方法，在气固两相流场测试模式下包括以下步骤：

23、步骤一：手动旋转换向阀使得换向阀与气固预混合进气管路径导通；

24、步骤二：启动动力电机使得离心叶轮根据设定的转速进行定轴旋转运动，此时气体从气流换向管进入气固预混合进气管内，通过气固预混合进气管上设置的定量颗粒投放装置和示踪颗粒添加口向气固预混合进气管内投放固体颗粒物和示踪颗粒，固体颗粒物和示踪颗粒随着气体流动路径运动并在气固预混合舱内设置的预混合搅拌叶轮作用下均匀混合，混合均匀的气固两相混合流体通过气固预混合出气管再次回流至气流换向管中，并最终进入离心舱内；

25、步骤三：待气流稳定后开启激光光源发射器，激光光源发射器发射的激光通过透光可视窗进入离心舱内并照射在离心叶轮表面；

26、步骤四：打开ccd相机，开启光电定位块内的光电发射装置，并同步打开光电测试套内的光电传感器，当离心叶轮中某一特定叶片转到某一特定位置时触发ccd相机，实现对离心叶轮内某一特定区域的连续拍摄，通过ccd相机进行拍照并分析离心压缩机内部流场特征。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明能够同时满足气相或气固两相的离心压缩机piv流场测试需求，且切换过程简便快捷，同时，该离心压缩机通过内部设置的气固预混合舱能够同时满足离心和气固预混合两项功能，无需再次引入动力装置和预混合箱体，从而使得装置的集成度更高，占用空间更小，能够便捷高效的进行多种流场测试需求。