激光粒子图像测量技术是在离心泵领域内研究泵内流场速度分布等问题的最先进的测量技术之一。由于泵内流动现象的复杂性,以及PW在离心泵内应用的特殊要求,目前离心泵内应用PIV测量还存在许多关键技术有待解决。PIV测量的基本原理就是利用示踪粒子的速度来间接地反映流体的速度,因此示踪粒子的跟随性直接决定了试验的测量精度。由于离心泵是一种旋转机械,粒子在泵内运动将受到旋转因素的影响,这种旋转因素严重影响粒子的跟随特性。现有的理论和试验研究都是讨论一般的紊流场中粒子的跟随性,并没有考虑到旋转特性,因此有必要建立离心泵内示踪粒子跟随性的计算方程,选取合适的示踪粒子,减小由于粒子的跟随性而引起的PIV测量误差。本文就离心泵内流场PIV测试中示踪粒子的跟随性进行了较深入的研究,主要的研究工作和创新点有:　　 (1)基于离心泵内固液两相流理论,对离心泵内部湍流场中的示踪粒子进行受力分析,建立了示踪粒子的受力模型。根据粒子在离心泵内运动特点简化受力模型,推导了低雷诺数下粒子在离心泵内Lagrange运动方程。采用谱分析方法,利用Fourier积分首次推导了适用于离心泵内示踪粒子跟随性的计算公式,并分别建立了离心泵内定常和非定常流场中示踪粒子跟随性的数学表达式。　　 (2)利用推导的低雷诺数下示踪粒子在离心泵叶轮内的跟随性计算公式对粒子的跟随程度进行了数值计算,讨论了粒子跟随性对粒子的物理特性和离心泵内流场的依赖关系。并在现有几种模型基础上对比讨论了各项力对粒子跟随性的贡献,指出了各模型的优缺点。通过对各因素的计算分析发现:密度接近流体的密度的中性悬浮粒子跟随性较好；对于密度较大的粒子只有粒子直径足够小才能跟随到一定范围内湍流频率的流动；粒子径向跟随性比周向复杂得多；在离心泵叶片压力面中部以及压力面出口区域粒子跟随性较差；离心泵叶轮旋转引起的离心力和科氏力以及流道弯曲产生的离心力对粒子跟随性影响很大。　　 (3)对离心泵内清水流场采用RNG k-ε模型来封闭求解雷诺时均N-S方程,然后用有限体积以及SIMPLEC算法数值求解方程组。对清水流场模拟计算所预测的离心泵性能曲线与试验性能曲线对比,验证清水流场计算的准确性。然后在得到的清水流场计算基础上,采用Lagrange方法分别计算不同密度、不同直径的粒子在离心泵设计工况和非设计工况下的运动轨迹,给出了示踪粒子运动的直观表示,研究了离心泵内示踪粒子的运动规律。数值模拟结果发现:粒子的密度和直径对粒子的轨迹有重要影响,其中粒子密度与流体密度相等是一个重要的界点；在叶片压力面出口粒子轨迹差别很大；粒子轨迹在进口直管内几乎不发生分离,而在半螺旋型吸水室、叶轮和蜗壳内发生分离；在出现漩涡等不稳定流动的流道内,密度与流体的密度接近并且直径小的粒子其轨迹线与流体的流线接近。　　 (4)搭建了离心泵专用PIV测试试验台,在满足PIV测试要求的模型泵内部流场中,利用PIV技术测量了三种不同物理性质的示踪粒子在离心泵叶轮内的绝对速度；利用VC++程序对测量的绝对速度进行处理,得到离心泵内四种工况下三种粒子的时均相对速度分布；定性分析了粒子的PIV测试效果；定量分析了粒子在离心泵不同工况下、叶轮内不同直径处的相对速度大小,对比了粒子之间的速度差异,讨论了其跟随程度。分析结果表明:小直径的空心玻璃球可以捕捉到高速区,大密度的铝粉对速度变化响应过慢,大直径的空心玻璃球拍摄效果最佳。