本發(fā)明屬于流體機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在混流式水輪機(jī)工作時，進(jìn)口水流對葉片沖擊脫流和轉(zhuǎn)輪內(nèi)部二次流，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦的形成。當(dāng)混流式水輪機(jī)從最優(yōu)工況水頭向高水頭變化時，若導(dǎo)葉開度一定，水頭增加必然導(dǎo)致葉片出口流速增大，從而增大轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流的沖角，并在葉片背面引起脫流形成旋渦，進(jìn)而引起高頻或中頻水壓脈動，這是誘發(fā)水電機(jī)組振動的水力振源之一。

粒子圖像速度場儀(PIV)作為一種觀察葉道渦的工具，在定性和定量地研究旋轉(zhuǎn)葉輪內(nèi)大尺度湍流結(jié)構(gòu)方面具有獨特的優(yōu)勢。PIV技術(shù)是利用流體中的示蹤粒子對光的散射作用，通過光學(xué)方法記錄下不同時刻粒子在流場中的位置，然后通過數(shù)字圖像處理得到粒子的位移，從而得到粒子所在場的速度及其它瞬態(tài)運動參數(shù)，也就是葉道里的絕對速度分布數(shù)據(jù)。

水流質(zhì)點進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后，一面沿葉片流動，一面隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一種復(fù)合運動。由理論力學(xué)可知，水流質(zhì)點隨同轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動是牽連運動，水流質(zhì)點相對于旋轉(zhuǎn)著的葉槽的流動是相對運動，而水流質(zhì)點對靜止的蝸殼(地球)的運動是絕對運動，它是牽連運動和相對運動的矢量合成運動，即水流質(zhì)點的絕對速度矢量是其相對速度和牽連速度的矢量和，如圖1所示，圖1為各個速度之間的關(guān)系示意圖，滿足如下矢量關(guān)系：

$\stackrel{\→}{V}=\stackrel{\→}{U}+\stackrel{\→}{W}$

式中，—絕對速度；

—牽連速度：

—相對速度。

然而，由于現(xiàn)有的PIV系統(tǒng)是靜止地固定在水輪機(jī)機(jī)架上拍攝的圖像，因此PIV系統(tǒng)的直接測試結(jié)果為水流質(zhì)點在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪葉道里的絕對速度矢量分布圖像，而轉(zhuǎn)輪內(nèi)部水流質(zhì)點的運動為相對速度和牽連速度的矢量和，因此為了測試出轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)部葉道渦的形成過程及其分布情況，就需要獲知水流質(zhì)點在轉(zhuǎn)輪葉道里的相對速度的矢量分布，這是一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，能夠獲知水流質(zhì)點的相對速度的矢量分布，從而得到轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)部葉道渦的形成過程及其分布情況。

本發(fā)明提供的一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，包括模型混流式水輪機(jī)，所述模型混流式水輪機(jī)的蝸殼上開設(shè)有第一窗口，且與所述第一窗口沿徑向相對的固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉為透明導(dǎo)葉，所述模型混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪上冠開設(shè)有第二觀察窗口，且所述轉(zhuǎn)輪的上方與上蓋板的兩層金屬壁面上開設(shè)有第三觀察窗口；

還包括與所述模型混流式水輪機(jī)通過閉式管道系統(tǒng)連接的PIV粒子成像測速裝置，以及與所述PIV粒子成像測速裝置連接的圖像處理裝置；

其中，所述PIV粒子成像測速裝置具有圖像采集部件，且所述圖像采集部件固定于所述轉(zhuǎn)輪的上方，用于記錄流場中粒子的原始圖像數(shù)據(jù)；

所述圖像處理裝置用于利用所述原始圖像數(shù)據(jù)得到水流質(zhì)點的絕對速度矢量，并對水流質(zhì)點的所述絕對速度矢量進(jìn)行分解得到水流質(zhì)點的相對速度矢量，根據(jù)水流質(zhì)點的所述相對速度矢量判斷葉道渦的分布情況。

優(yōu)選的，在上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中，

所述第一窗口開設(shè)在所述模型混流式水輪機(jī)的蝸殼上的C窗口位置。

優(yōu)選的，在上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中，

所述透明導(dǎo)葉為對準(zhǔn)所述C窗口的座環(huán)處的3個有機(jī)玻璃導(dǎo)葉。

優(yōu)選的，在上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中，所述第二觀察窗口為梯形窗口。

優(yōu)選的，在上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中，所述第三窗口安裝有有機(jī)玻璃。

優(yōu)選的，在上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中，所述PIV粒子成像測速裝置中投放有示蹤粒子。

通過上述描述可知，本發(fā)明提供的上述模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，由于包括模型混流式水輪機(jī)，所述模型混流式水輪機(jī)的蝸殼上開設(shè)有第一窗口，且與所述第一窗口沿徑向相對的固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉為透明導(dǎo)葉，所述模型混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪上冠開設(shè)有第二觀察窗口，且所述轉(zhuǎn)輪的上方與上蓋板的兩層金屬壁面上開設(shè)有第三觀察窗口；

還包括與所述模型混流式水輪機(jī)通過閉式管道系統(tǒng)連接的PIV粒子成像測速裝置，以及與所述PIV粒子成像測速裝置連接的圖像處理裝置；

其中，所述PIV粒子成像測速裝置具有圖像采集部件，且所述圖像采集部件固定于所述轉(zhuǎn)輪的上方，用于記錄流場中粒子的原始圖像數(shù)據(jù)；

所述圖像處理裝置用于利用所述原始圖像數(shù)據(jù)得到水流質(zhì)點的絕對速度矢量，并對水流質(zhì)點的所述絕對速度矢量進(jìn)行分解得到水流質(zhì)點的相對速度矢量，根據(jù)水流質(zhì)點的所述相對速度矢量判斷葉道渦的分布情況，從而得到轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)部葉道渦的形成過程及其分布情況，協(xié)助設(shè)計人員判斷轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦的分布情況。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為各個速度之間的關(guān)系示意圖；

圖2為本申請實施例提供的第一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的示意圖；

圖3為速度三角形分解示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心思想在于提供一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，在獲取了葉道中水流質(zhì)點的絕對速度矢量分布的情況下，通過數(shù)學(xué)計算，能夠獲知水流質(zhì)點的相對速度的矢量分布，從而得到轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)部葉道渦的形成過程及其分布情況。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請實施例提供的第一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)如圖2所示，圖2為本申請實施例提供的第一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括模型混流式水輪機(jī)1，所述模型混流式水輪機(jī)1的蝸殼上開設(shè)有第一窗口，且與所述第一窗口沿徑向相對的固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉為透明導(dǎo)葉，能夠便于激光穿過蝸殼，順利進(jìn)入轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流道，所述模型混流式水輪機(jī)1的轉(zhuǎn)輪上冠開設(shè)有第二觀察窗口，并裝上透明的有機(jī)玻璃，能夠?qū)⒓す鈴恼丈涞牟课粋鬟f出來，即讓激光束徑向進(jìn)入后，還能軸向觀測，且所述轉(zhuǎn)輪的上方與上蓋板的兩層金屬壁面上開設(shè)有第三觀察窗口，能夠便于進(jìn)行水輪機(jī)軸向觀測，用透明的有機(jī)玻璃進(jìn)行替換，銜接處以螺釘擰緊，并用相關(guān)材料做好密封；

還包括與所述模型混流式水輪機(jī)1通過閉式管道系統(tǒng)2連接的PIV粒子成像測速裝置3，以及與所述PIV粒子成像測速裝置3連接的圖像處理裝置4，其中，閉式管道系統(tǒng)由循環(huán)回路、穩(wěn)壓管(壓力水箱)、尾水管、流量計、模型機(jī)組和兩臺水泵(可實現(xiàn)串并聯(lián))組成一個立式循環(huán)管道回路，該系統(tǒng)利用樓層天然高度順勢設(shè)計，將模型水輪機(jī)安裝在3樓(離地面約10米)，水泵等動力設(shè)施安裝在1樓，人在3樓控制室操作，系統(tǒng)垂直運轉(zhuǎn)。同時，為保證系統(tǒng)完好運轉(zhuǎn)，在各個關(guān)鍵部位都增加了很多輔助裝置，穩(wěn)壓箱和尾水箱里面均裝有多層孔板，穩(wěn)定水流流態(tài)，穩(wěn)壓箱頂部開有與外界鏈接的閥門，方便排氣，與穩(wěn)壓箱相連接的管道底部設(shè)有排水閥門，方便給系統(tǒng)換水，避免水流長期循環(huán)被污染，影響實驗。水泵的設(shè)計也是充分考慮了系統(tǒng)實驗的需要，采用平行并列雙排管道，通過閥門開關(guān)可實現(xiàn)串并聯(lián)。在水輪機(jī)與尾水箱鏈接中間，又在頂端設(shè)計了3根口徑0.05m的排水管，通過閥門控制開關(guān)，避免水輪機(jī)蓋板出現(xiàn)積水而影響PIV觀測。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上方裝有勵磁電機(jī)，可控制水輪機(jī)轉(zhuǎn)速；

其中，所述PIV粒子成像測速裝置3具有圖像采集部件301，且所述圖像采集部件301固定于所述轉(zhuǎn)輪的上方，用于記錄流場中粒子的原始圖像數(shù)據(jù)，具體的，該圖像采集部件301可以是CCD相機(jī)，主要由以下部件組成：脈沖激光器1套，含護(hù)目鏡、調(diào)節(jié)工具包；片光源系統(tǒng)一套，可實現(xiàn)360度方向的片光源發(fā)射；同步器一套，可實現(xiàn)外接觸發(fā)器、CCD相機(jī)、脈沖激光器的同步配置操作；PIV相機(jī)一套；多型號相機(jī)鏡頭及配套濾鏡等附件；PIV處理軟件一套，采用的是外部觸發(fā)與同步器控制相結(jié)合，適時適應(yīng)環(huán)境條件進(jìn)行操作。激光的能量則主要根據(jù)測試平面環(huán)境及工況等條件等在計算機(jī)軟件上進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，需要強(qiáng)調(diào)的是，試驗中CCD相機(jī)用于懸掛固定在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上方機(jī)架，記錄流場中粒子的絕對運動，測試頻率可以進(jìn)行調(diào)整，拍攝采用自動化控制，其記錄的粒子的原始圖像數(shù)據(jù)并不像現(xiàn)有技術(shù)中那種圖片形式，而是數(shù)據(jù)形式，例如形成擴(kuò)展名為.dat的數(shù)據(jù)文件，便于后續(xù)利用多種軟件進(jìn)行處理；

所述圖像處理裝置4用于利用所述原始圖像數(shù)據(jù)得到水流質(zhì)子的絕對速度矢量，并對水流質(zhì)子的所述絕對速度矢量進(jìn)行分解得到水流質(zhì)子的相對速度矢量，根據(jù)水流質(zhì)子的所述相對速度矢量判斷葉道渦的分布情況，需要強(qiáng)調(diào)的是，該圖像處理裝置是本方案的重點，這是首次提出從絕對速度中提取出相對速度來判斷葉道渦的方案，實現(xiàn)更為真實準(zhǔn)確的判斷。

另外，為了提高試驗的精度和可靠性，在試驗之前需對試驗臺循環(huán)管路進(jìn)行徹底清洗，對導(dǎo)葉及其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了重新拆裝、潤滑、校正，對系統(tǒng)調(diào)試時，首先是系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)的調(diào)整，包括直流電動機(jī)是否能正常運轉(zhuǎn)及能否正常調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速及其它參數(shù)，其次是測控系統(tǒng)的調(diào)試，測控系統(tǒng)的調(diào)試包括各參數(shù)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性的調(diào)試、控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及靈活性的調(diào)節(jié)，最后是PIV測試系統(tǒng)的調(diào)試。

通過上述描述可知，本申請實施例提供的上述第一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，由于包括模型混流式水輪機(jī)，所述模型混流式水輪機(jī)的蝸殼上開設(shè)有第一窗口，且與所述第一窗口沿徑向相對的固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉為透明導(dǎo)葉，所述模型混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪上冠開設(shè)有第二觀察窗口，且所述轉(zhuǎn)輪的上方與上蓋板的兩層金屬壁面上開設(shè)有第三觀察窗口；還包括與所述模型混流式水輪機(jī)通過閉式管道系統(tǒng)連接的PIV粒子成像測速裝置，以及與所述PIV粒子成像測速裝置連接的圖像處理裝置；其中，所述PIV粒子成像測速裝置具有圖像采集部件，且所述圖像采集部件固定于所述轉(zhuǎn)輪的上方，用于記錄流場中粒子的原始圖像數(shù)據(jù)；所述圖像處理裝置用于利用所述原始圖像數(shù)據(jù)得到水流質(zhì)點的絕對速度矢量，并對水流質(zhì)點的所述絕對速度矢量進(jìn)行分解得到水流質(zhì)點的相對速度矢量，根據(jù)水流質(zhì)點的所述相對速度矢量判斷葉道渦的分布情況，因此能夠獲知水流質(zhì)點的相對速度的矢量分布，從而得到轉(zhuǎn)輪葉道內(nèi)部葉道渦的形成過程及其分布情況。

本申請實施例提供的第二種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，是在上述第一種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第一窗口開設(shè)在所述模型混流式水輪機(jī)的蝸殼上的C窗口位置。這是因為從C窗口位置進(jìn)入，是最適合的角度。

本申請實施例提供的第三種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，是在上述第二種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述透明導(dǎo)葉為對準(zhǔn)所述C窗口的座環(huán)處的3個有機(jī)玻璃導(dǎo)葉，這樣就能夠保證更好的觀察效果。

本申請實施例提供的第四種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，是在上述第三種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第二觀察窗口為梯形窗口，這種特殊形狀的窗口能夠保證觀察更為方便。

本申請實施例提供的第五種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，是在上述第四種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第三窗口安裝有有機(jī)玻璃，這樣就會對操作者形成有效的保護(hù)。

本申請實施例提供的第六種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)，是在上述第一種至第五種模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部葉道渦測試的系統(tǒng)中任一種的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述PIV粒子成像測速裝置中具有示蹤粒子，且所述示蹤粒子為二氧化鈦粒子。

利用帶有示蹤粒子如二氧化鈦粒子的流體被外部進(jìn)來的片光源照亮，產(chǎn)生散射，記錄下兩次激光脈沖曝光的粒子圖像，形成兩幀圖，這樣的檢測效果更明顯。

為便于觀測，水輪機(jī)蝸殼上開了4個0.01m²的窗口，裝上有機(jī)玻璃，同時為避免單層有機(jī)玻璃造成激光器發(fā)射的片光散射，對有機(jī)玻璃進(jìn)行改進(jìn)，采用雙層開口式，試驗時，將夾層注滿水。在水輪機(jī)蓋板上開了一個約0.03m²的扇形窗口，并用有機(jī)玻璃封上。通過該窗口，可以清晰觀察到轉(zhuǎn)輪上的葉片，轉(zhuǎn)輪每旋轉(zhuǎn)一周，便可觀測到轉(zhuǎn)輪上的有機(jī)玻璃窗口。

利用上述系統(tǒng)進(jìn)行工作的步驟如下：首先是安裝PIV測試軟件Insight及Tecplot，然后是測試系統(tǒng)的安裝，按照PIV測試系統(tǒng)的操作規(guī)程和要求，安裝系統(tǒng)各部件、設(shè)置各參數(shù)、對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、準(zhǔn)備測試、最后是流場測試。

其中，在安裝系統(tǒng)各部件時，保證CCD相機(jī)與測試平面垂直，且保持測試平面與CCD相機(jī)間的距離不發(fā)生變化；保證激光器發(fā)出的激光通過光學(xué)鏡頭后變成平面片光能與測試平面重合，在安裝中，還要非常注重設(shè)備的安全(包括水電等)，還必須要求較高的電源環(huán)境，要求電源為交流220±10V，且具有良好的接地，接地電壓不大于4V，若接地電壓過大，則可能在進(jìn)行自動測試時，激光器電源將直接退出，影響測試，甚至是損壞設(shè)備。另外，為了使測試人員不受激光的影響，應(yīng)使計算機(jī)盡量遠(yuǎn)離激光照射面或在計算機(jī)與激光照射面間加一遮擋物，防止激光與人眼的正面對視。在進(jìn)行各部件的連接時，將同步器(Synchronizer)串口(Port A in)與計算機(jī)通過串口連接；將同步器與激光器電源通過Laserl、Laser2、Q-Switchl、Q—Switch2連接；將同步器與CCD相機(jī)通過Camera、TTLCamera Trigger、Camera Storbe等連接；將CCD相機(jī)與計算機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸線相連接。

試驗前的標(biāo)定和定位步驟如下：將校正盤或標(biāo)準(zhǔn)直尺安放在待測試平面上；將同步器、激光器電源打開，并啟動Insight軟件，在Insight軟件設(shè)置中，將exposure設(shè)置為Free模式，再啟動獲取圖像，并將CCD相機(jī)鏡頭蓋打開，將濾光鏡去掉，調(diào)整CCD相機(jī)焦距，這時，可以在計算機(jī)Insight軟件上看到CCD相機(jī)的清楚的成像；保存標(biāo)定文件在計算機(jī)中相應(yīng)的位置；在Insight軟件setup下拉菜單中，打開Velocity Calibration中的Velocity，點Mesure，用鼠標(biāo)點擊視圖中直尺比較清晰的部分，拉動一段距離，這個距離要有一定的長度，一般應(yīng)大于視圖的2/3，并在相應(yīng)的框內(nèi)填寫拉動的距離的數(shù)字(以mm為單位)，這時，在其它相應(yīng)的框內(nèi)將自動生成的距離、像素間轉(zhuǎn)換的一些數(shù)字，以及相鄰像素間的距離等。再Apply應(yīng)用，就可以完成標(biāo)定。

粒子的選擇和投放步驟如下：

粒子選取的原則為粒子的密度盡量等于流體的密度，粒子的直徑要在保證散射光強(qiáng)的條件下盡可能的小，粒子的濃度要恰當(dāng)混合均勻，以測試效果好為準(zhǔn)。粒子投放中，預(yù)先進(jìn)行估計，然后邊加粒子邊測試，直到測試效果達(dá)到要求為止。

參數(shù)設(shè)置與試驗調(diào)試步驟如下：

在參數(shù)的設(shè)置和調(diào)試過程中，一般均需要對所測試流場在相應(yīng)工況下進(jìn)行試拍攝，根據(jù)所拍攝到的數(shù)字圖像和即時速度矢量計算結(jié)果的反饋信息進(jìn)行綜合判斷，逐步對應(yīng)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，直到符合測試要求和無明顯錯誤時方可開始正式測試。

流場測試步驟如下：

測試前還應(yīng)將有機(jī)玻璃面擦拭干凈，以保證測試的精度，拍攝前啟動觸發(fā)激光脈沖，確認(rèn)工況是否為待測工況并處于該工況的穩(wěn)定狀態(tài)，檢查整個測試系統(tǒng)是否運行良好，軟件是否運行正常，一切準(zhǔn)備好后即可開始測試。

將激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)過透鏡的散射作用形成厚度約為1mm的片光源，從模型混流式水輪機(jī)蝸殼徑向窗口入射到轉(zhuǎn)輪的待測區(qū)，軸向布置(垂直于片光源方向)的CCD相機(jī)對準(zhǔn)水輪機(jī)上特制窗口；

轉(zhuǎn)輪與發(fā)電機(jī)的連接軸上裝有轉(zhuǎn)動觸發(fā)器，可實現(xiàn)自動觸發(fā)激光器發(fā)射激光，實現(xiàn)運轉(zhuǎn)一周，激光發(fā)射一次。利用帶有示蹤粒子的流體被外部進(jìn)來的片光源照亮，產(chǎn)生散射，記錄下兩次激光脈沖曝光的粒子圖像，形成兩幀圖(即微小時間差下，同一待測區(qū)域的兩張圖)；

通過數(shù)據(jù)線從CCD相機(jī)傳送到計算機(jī)進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)處理的步驟如下：

參考圖3，圖3為速度三角形分解示意圖，其中，

速度大小關(guān)系：

$U=\frac{{\mathrm{\πnD}}_i}{60}$

$W_m=V_m=\frac{q_V}{{\mathrm{\πD}}_{i}b\mathrm{\τ}}$

$V_u=\sqrt{V^2-{V_m}^2}$

W_u＝U-V_u

$W=\sqrt{{W_m}^2+{W_u}^2}$

其中，

n—水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min；

D_i—研究水質(zhì)點所在直徑，單位m；

V—絕對速度，大小由PIV測試系統(tǒng)直接測得；

U—牽連速度，方向為圓周切向方向；

W—相對速度；

b—寬度

τ—阻塞系數(shù)；

將拍攝下來的原始圖像數(shù)據(jù)，借助Insight軟件處理，生成絕對速度矢量文件，然后按速度三角形，根據(jù)自編程序進(jìn)行速度矢量分解，生成絕對速度圓周切向分量矢量、相對速度矢量。“去除”圓周切向分量矢量，再分別調(diào)入Tecplot進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，得到混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉道里相對速度矢量分布圖。這樣，就可將相對速度“篩選”出來，從而利用PIV技術(shù)更加準(zhǔn)確地反映模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的實際流動規(guī)律，尤其是葉道渦的分布情況。

綜上所述，本申請實施例提供的系統(tǒng)，對模型混流式水輪機(jī)進(jìn)行特殊處理，并進(jìn)行組裝，搭建PIV測試系統(tǒng)，進(jìn)而對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的水流運動進(jìn)行測試，得到轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動，尤其是葉道渦的直觀結(jié)果，根據(jù)速度三角形，自編計算程序，將水流質(zhì)點的相對速度，即相對于旋轉(zhuǎn)著的葉槽的流動速度，“篩選”分離出來，導(dǎo)入Tecplot進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，得到水流質(zhì)點的相對速度矢量圖，從而利用PIV測試技術(shù)更加直觀地反映模型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的實際流動規(guī)律，尤其是葉道渦的分布情況，同時為模擬實驗提供可靠的對比分析依據(jù)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。