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本文通过对研究水力机械内部流动的方法进行分析比较，最终采用粒子图像测速(PIV)技术对水泵水轮机内部流动进行研究。粒子图像测速技术的主要特点是突破了空间单点测量技术的局限性，可在同一时刻记录下整个测量平面的相关信息，从而可以获得流动的瞬时平面速度场、涡量场等。
在实验室已有部分设备的基础上，作者建立了一套研究水泵水轮机内部流动的可视化PIV系统，该系统由水泵水轮机可视化实验模型、光源系统、图像采集系统和软件系统等四部分组成。
获得高质量的粒子图像是本系统的关键问题之一，它直接关系到对水泵水轮机内部流动测量的准确度和精确度。本文采用各种数字图像处理的方法对采集到的水泵水轮机内部流动图像进行预处理，采用相关法对预处理后的图像进行速度矢量的提取。其中，采用的数字图像处理方法有图像灰度化、图像的平滑、锐化、中值滤波等方法，提取速度矢量的相关法采用CCF、SAD、MSE等方法。
由于采集设备曝光不当、示踪粒子分布不均、噪音干扰、计算方法等各种原因，将导致流动图像质量的降低，因此，获得的速度矢量图中难免会产生一些错误矢量，本文采用最佳相关域法及综合评价系数对错误矢量进行识别。
最后，利用本文所建立的水泵水轮机内部流动可视化PIV系统对水泵水轮机转轮内部流动进行研究，分析研究了转轮内部的流态与运行工况的关系及流动的稳定性与运行工况的关系。