葉輪機實驗報告(4項)

1、葉輪機械原理教學實驗指導書北京航空航天大學能源與動力工程學院流體機械系二O一六年十二月26實驗一 平面亞音擴壓葉柵實驗1.1實驗目的1)通過實驗使學生熟悉平面葉柵實驗設備和實驗方法；2)作出葉柵攻角特性和葉片表面壓力分布曲線；3)了解平面葉柵實驗在壓氣機氣動設計中的作用和地位。1.2實驗內(nèi)容1.2.1平面葉柵的攻角特性氣流通過平面擴壓葉柵后，其方向要發(fā)生轉(zhuǎn)折，氣流轉(zhuǎn)折角為Db。氣流通過葉柵損失的大小可用損失系數(shù)來表示。Db和隨攻角i和來流馬赫數(shù)M1而變化，它們都是i和M1的函數(shù)。低速葉柵吹風實驗不考慮M1對葉柵性能的影響，只討論Db和隨攻角i的變化。葉柵的攻角特性如圖1示。圖 1.1 平面葉柵

2、的攻角特性由圖1可以看出，當i增加時, Db開始直線上升，幾乎不變。到某一攻角， Db達到最大值。攻角再提高，Db下降很快，急劇增加，這時葉背氣流發(fā)生嚴重分離。在很大的負攻角情況下，氣流在葉盆分離。Db的大小反映了葉柵的功增壓能力,而的大小則反映了葉柵有效增壓的程度, 表征氣流流經(jīng)平面葉柵發(fā)生的機械能損失，葉柵的效率和有直接關(guān)系。壓氣機設計取為葉柵名義工作點，把不同幾何參數(shù)葉柵的名義工作點匯集在一起，即得到平面葉柵的額定特性線，這是壓氣機氣動設計的依據(jù)。1.2.2葉片表面壓力分布葉片表面壓力分布以無因次壓力系數(shù)表示式中、分別為葉柵進口的總壓和靜壓，P為葉片上任一點的靜壓。為正值說明葉片上某點的

3、當?shù)厮俣鹊陀谌~柵進口速度，為負值表明當?shù)厮俣却笥谌~柵進口速度。圖 1.2 葉片表面壓力分布典型的葉片表面壓力分布曲線如圖2所示，橫坐標為弦長百分比。進行葉片表面壓力分布實驗時，只測量一個攻角(例如5攻角)的葉片表面壓力分布。同時，還可以改變幾個攻角(-10,10,18)，觀察葉片表面壓力分布變化情況，特別要注意大攻角時，葉片表面出現(xiàn)嚴重分離(失速)現(xiàn)象。當葉片表面出現(xiàn)分離時，分離點后葉柵不再增壓，水排上指示水柱高度不變。1.3實驗設備1.3.1葉柵風洞圖3表示平面葉柵實驗設備示意圖圖 1.3 平面葉柵實驗設備示意圖葉柵實驗由連續(xù)氣源供氣，氣流經(jīng)過擴壓段減速擴壓，穩(wěn)定箱內(nèi)安裝了蜂窩器和阻尼網(wǎng)（鋼

4、網(wǎng)）,消除旋渦，使氣流穩(wěn)定均勻，再經(jīng)過維他辛斯基曲線的收斂段，使穩(wěn)定箱出來的氣流均勻膨脹加速，造成葉柵進口截面各點壓力、速度都相同的一股均勻氣流進入葉柵。葉柵實驗段由10個葉片組成一排葉柵，葉柵裝在圓盤上，轉(zhuǎn)動圓盤可以改變攻角。測量探針裝在三自由度位移機構(gòu)上。1.3.2葉柵幾何參數(shù)實驗選用C-4葉型C-4葉型幾何參數(shù)： 中弧線 圓弧半徑r=138.60mm 弦長 b=60 mm 最大繞度 mm ， 距前緣距離 mm ， 最大厚度 mm ， 距前緣距離 mm ， 葉型彎度 葉型前緣角 葉型前緣角 葉柵幾何參數(shù)： 葉型安裝角 (與軸線夾角?) 柵距 mm 葉柵稠度 幾何進口角 幾何出口角 1.3.

5、3測量探針葉柵前用一支裝在端壁上的總靜壓管，測量葉柵進口總壓和靜壓。葉柵出口用一支裝在位移架上的 總、靜、方向組合探針，測量葉柵出口、和。在中間葉片內(nèi)裝了8根靜壓管測量葉片表面壓力分布.全部壓力的數(shù)值在水排上顯示(見圖4)圖 1.4 指示壓力的水排1.3.4測溫裝置在葉柵前裝一支鎳鉻-康銅熱電偶,通過UJ36直流電位差計測量出柵前的氣流溫度。1.4實驗步驟1.4.1開車前的準備在進行實驗以前，同學們必須閱讀實驗說明書，明確實驗目的、方法和步驟。檢查測量探針是否堵塞，然后把探針放在葉柵通道葉高中部，離葉柵前緣及后緣一個柵距位置上進行測量。為保證測準葉柵出口氣流方向，還應檢查葉柵出口探針是否對準零

6、位。轉(zhuǎn)動圓盤，把葉柵轉(zhuǎn)到實驗的第一個功角位置。參加實驗者，明確分工，準備好記錄紙和筆。1.4.2開車實驗指導教師檢查準備情況，符合要求后即可啟動40千瓦羅茨鼓風機，氣流連續(xù)不斷進入葉柵風洞，這時將葉柵前探針調(diào)到對準氣流方向，并固定緊。檢查葉柵是否有漏氣情況，葉柵工作正常方能讀取數(shù)據(jù).1.4.3數(shù)據(jù)測量葉柵工作正常后，即可讀取數(shù)據(jù)，對給定攻角，記錄葉柵前氣流總壓和靜壓。 測量葉柵出口氣流總壓,靜壓和方向 。轉(zhuǎn)動探針,水排上指示方向管兩孔液面高度相同時,才可以從位移機構(gòu)的標尺上讀取出口氣流角 ,由于葉柵出口氣流不均勻，沿柵距測量4個點取算術(shù)平均。改變攻角，重復測量上面的參數(shù),至少要作5-6個攻角,

7、方能畫出一條攻角特性曲線。測量5攻角的壓力分布。再改變幾個攻角，觀察圓盤上壓力分布的變化，注意大攻角時葉片上出現(xiàn)的分離現(xiàn)象。記錄某一攻角（如5）柵前總溫，與測量的總壓和靜壓計算馬赫數(shù)和雷諾數(shù)。1.4.4停車實驗完畢，檢查數(shù)據(jù)齊全后，即可停車。停車后整理好實驗間，并記錄好當天的大氣壓數(shù)值。1.5實驗報告1.5.1原始數(shù)據(jù)記錄 大氣壓力： 柵前氣流溫度： 表1.1123412341234表 1.2表1.3x/b0.0420.1150.1200.3970.4990.5990.6990.782葉背葉盆1.5.2數(shù)據(jù)整理及回答問題1）葉柵進口氣流角 （度）（表1.2）2）落后角 （度）（表1.2）3）氣

8、流轉(zhuǎn)折角 （度）（表1.2）4）計算攻角柵前馬赫數(shù) M1，由 =查氣動函數(shù)表可得M1 5）計算總壓恢復系數(shù)（表1.2）6）計算葉柵損失系數(shù)（表1.2）7）計算攻角柵前雷諾數(shù)式中 空氣粘性系數(shù),其值為1.789105 帕/秒b 葉片弦長，單位米 柵前氣流的密度W1 柵前氣流的速度8）畫出葉柵的攻角特性曲線，9）畫出葉片表面的壓力分布曲線。10）分析和隨變化的規(guī)律及原因11）說明葉柵攻角特性與額定特性的聯(lián)系與區(qū)別。實驗二 壓氣機性能實驗2.1實驗目的1)掌握軸流壓氣機內(nèi)流動、加功增壓原理和特性；2)熟悉壓氣機氣動參數(shù)測量和計算方法。2.2實驗內(nèi)容2.2.1性能測試中的氣動參數(shù)測量與速度三角形一臺壓

9、氣機在設計完成后，組裝到核心機之前一定要經(jīng)過部件試驗的驗證。達到設計指標的才能進行組裝。這部分試驗內(nèi)容稱之為壓氣機的性能測試。其中最主要的性能參數(shù)集中反映在流量、壓比和效率這幾個參數(shù)上。為了能夠繪制速度三角形，本次試驗要求在設計和近失速這兩個特征狀態(tài)下，測量如下氣動參數(shù)：流量管靜壓、轉(zhuǎn)子進出口外壁靜壓、靜子出口外壁靜壓、轉(zhuǎn)子進出口和靜子出口平均半徑處的總壓、轉(zhuǎn)子出口平均半徑處的氣流偏角以及其它必要的輔助參數(shù)。圖 2.1 壓氣機特性曲線2.2.2額定折合轉(zhuǎn)速下壓氣機特性曲線壓氣機的性能用特性曲線來表示。對于高速壓氣機，通常的特性曲線圖為流量總壓比圖和流量效率圖。但對于低速壓氣機，其橫坐標則常用流

10、量系數(shù)來表示，而壓比可用壓升或壓升系數(shù)來表示。試驗時首先要在流量全開的情況下將轉(zhuǎn)速開至待測轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后逐漸減小排氣閥關(guān)度，通過減小排氣面積來提高反壓，從而得到同一轉(zhuǎn)速下不同流量點的特性。當流量減小到一定值時就會發(fā)生失速或喘振，此時應退出失速或喘振狀態(tài)。將同一轉(zhuǎn)速下的這些測點連接起來就成為一條特性線。如需完整的特性圖，還應返回大流量狀態(tài)，然后開至其它轉(zhuǎn)速，重復這個過程。圖2.1為某低速壓氣機額定轉(zhuǎn)速下的特性曲線示意圖。圖 2.2 壓氣機氣動力學實驗臺2.3實驗設備2.3.1壓氣機實驗臺如圖2.2所示，實驗臺為一排動葉和一排靜葉組成的單級軸流壓氣機，可增加葉片排數(shù)，擴展為雙級相同級或三級相同

11、級。實驗臺可移動，壓氣機進口流場均勻，空氣流量可微調(diào)。氣流通道外徑500mm，內(nèi)徑375mm（輪轂比0.75），通道平直，可改變?nèi)~片安裝角和動靜葉排間軸向間隙。額定轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，可調(diào)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性2轉(zhuǎn)/分。2.3.2測試系統(tǒng)圖 2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖2.3為本壓氣機實驗臺的配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由計算機控制數(shù)據(jù)采集處理，可測氣流參數(shù)：空氣流量，動葉進口、動靜葉排間和靜葉出口三個截面上外壁氣流靜壓和氣流總壓、靜壓、速度及偏角沿葉高分布，級溫升。流量測量精度1%，壓升（或壓比）測量精度1%，效率測量精度3%。氣動參數(shù)的測點位置詳見圖2.2。2.4實驗步驟1）根據(jù)當

12、時的大氣溫度，算出換算轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分時的實際轉(zhuǎn)速，啟動后平緩加速到該轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)/分；運行過程中，視大氣溫度變化，隨時修正轉(zhuǎn)速；2）按下列排氣閥關(guān)度次序逐一測量各流量狀態(tài)下的各項參數(shù)：閥門關(guān)度(mm)：12、22、30、37、42、45、48、49、50、60、70、50、42、37、303）測量參數(shù)：（1） 流量管靜壓（表壓）；（2） 轉(zhuǎn)子進口、轉(zhuǎn)子出口和靜子出口三個截面外壁氣流靜壓（表壓）、（表壓）和（表壓）；（3） 轉(zhuǎn)子進口、轉(zhuǎn)子出口和靜子出口三個截面平均半徑處氣流總壓（表壓）、（表壓）、（表壓）和轉(zhuǎn)子出口氣流偏角（相對于軸線）；（4） 轉(zhuǎn)子進口總溫和靜子出口與轉(zhuǎn)子進口總溫差2.5實驗報

13、告2.5.1原始數(shù)據(jù)記錄1）填寫表2.1測量參數(shù)2）計算不同閥門關(guān)度下的各項性能參數(shù)（可按不可壓流計算，填寫表2.1性能參數(shù)）根據(jù)進氣總溫（同大氣溫度，也同轉(zhuǎn)子進口總溫）、進氣總壓（同大氣壓力）和流量管壁面靜壓先算出流量管內(nèi)空氣軸向速度，再推算出壓氣機內(nèi)軸向速度和軸向速度系數(shù)（流量系數(shù)）。，其中： 空氣密度=；、（表壓），； ，； 氣體常數(shù)，287.05 流量管通道面積，0.10124 壓氣機內(nèi)通道面積，0.085903 轉(zhuǎn)子平均半徑切線速度，33.322 ；級靜壓升和靜壓升系數(shù)；級靜壓比； 基于靜壓比的級效率，可取1.40表2.1日期：= , = , = 轉(zhuǎn)/分， = 閥門關(guān)度(mm)122

14、2303641444648失速前失速點6070504238恢復前恢復點30測量參數(shù)性能參數(shù)2.5.2數(shù)據(jù)整理及回答問題1）畫出：設計狀態(tài)和近失速狀態(tài)轉(zhuǎn)子進出口平均半徑速度三角形；級特性曲線。平均半徑動靜葉柵和速度三角形級特性設計狀態(tài)近失速狀態(tài)2）用動量原理說明軸流壓氣機加功原理，用柏努利方程說明增壓原理。3）軸流壓氣機中有哪些損失？體現(xiàn)在什么參數(shù)上？如何獲得轉(zhuǎn)子和靜子出口損失分布？4）解釋壓升系數(shù)（或壓比）和效率隨軸向速度系數(shù)（或流量）變化的規(guī)律。5）如何獲得基于總壓的級特性？分析在本實驗壓氣機條件下，基于總壓比的級特性與基于外壁靜壓比的級特性的差別。實驗三 進氣畸變實驗3.1實驗目的1)了解

15、進氣畸變對壓氣機性能的影響；2)掌握畸變流場的評價指標。3.2實驗內(nèi)容3.2.1測量進氣畸變下的壓氣機特性在理想狀態(tài)下，壓氣機的進口截面流動是均勻一致的。通常的壓氣機性能實驗也都是在這種情況下測量的。當發(fā)動機安裝到飛機上，在實際的飛行過程中，各種不穩(wěn)定工況會破壞這種均勻性。其中，進氣畸變就是最為常見和典型的例子。當飛機處于大迎角飛行，導彈發(fā)射等情況下都會引發(fā)進氣畸變。進氣畸變將會嚴重惡化壓氣機的性能，導致其過早失速。因此，穩(wěn)定性評估已經(jīng)成為當代航空發(fā)動機定型前必須考察的重點內(nèi)容。本次實驗的內(nèi)容之一就是測量壓氣機均勻進氣的理想特性和總壓畸變來流條件下的畸變特性。圖3.1為某低速壓氣機均勻進氣與畸

16、變來流條件下的特性對比。圖 3.1 某低速壓氣機均勻與畸變特性對比3.2.2進氣總壓畸變曲線或圖譜既然進氣條件的破壞造成了壓氣機進氣畸變，為了掌握和評價進氣畸變的強度，需要在壓氣機進口某處截面測量畸變圖譜。本次實驗只針對周向總壓畸變。通過米字形總壓梳的方法來測量。如圖3.2所示，為某壓氣機進口截面的總壓畸變圖譜。由于飛機大迎角飛行等來流條件影響，使得壓氣機進口截面周向呈現(xiàn)較強的不均勻性，將會出現(xiàn)低能的低總壓區(qū)域。在不同的半徑位置繪制出其沿周向的變化，可以得到圖3.3所示的曲線。圖中清晰地顯示了低能團帶來的進氣總壓虧損分布。這也是本次實驗的內(nèi)容之一。低壓區(qū)圖 3.2 某總壓畸變流場圖譜圖 3.3

17、 不同半徑處總壓沿周向分布圖3.3實驗設備3.3.1畸變壓氣機實驗臺1 進口集流器 2 流量管壁面靜壓孔 3 插板 4 壓氣機進口總壓梳（測畸變圖譜） 5 壓氣機進口總壓梳（測氣動性能） 6 壓氣機轉(zhuǎn)子 7 壓氣機靜子 8 壓氣機出口總壓梳 9 異步交流電動機 10 排氣管道 11 節(jié)流堵錐 12 壓氣機出口總壓耙圖 3.4 實驗臺簡圖圖3.4為實驗臺簡圖，該低速壓氣機為單級軸流式，由異步交流電機提供動力，額定轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分，由伺服機構(gòu)控制轉(zhuǎn)速，控制精度為1轉(zhuǎn)/分。機匣外徑450mm，輪轂比0.75。出氣流量由節(jié)流尾錐控制，手動調(diào)節(jié)。除節(jié)流尾錐外，各種參數(shù)的采集、轉(zhuǎn)速控制全部由計算機完成。

18、3.3.2實驗方案如圖3.4所示，進口畸變來流由插板產(chǎn)生。插板的橫截面如圖3.5所示。插板的高度h越大，堵塞比(插板面積與所占截面面積之比)越大，則插板后的畸變低壓區(qū)也就越大。為了測量圖譜，在圖3.4截面4位置的整個圓周內(nèi)布置了八個總壓梳(梳子沿徑向分布若干個總壓探針孔，可以測量某一周向位置的不同徑向總壓數(shù)據(jù))，其測點布置如圖3.6所示，呈米字型分布。 圖 3.5 插板截面示意圖 圖 3.6 畸變圖譜的總壓梳測點布置在性能測試中，通過圖3.4中截面2的流量管靜壓計算流量。對于畸變壓氣機，由于畸變的流場破壞了進氣條件的周向均勻性，因此在截面5周向均布了四根總壓梳測量進口總壓，在截面8周向均布了四

19、根總壓梳測量出口總壓。3.4實驗步驟3.4.1均勻進氣特性的測量1) 準備工作。包括電機及各種測量儀器預熱，將排氣堵錐搖至全開位置，以便實驗特性首先從最大流量點開始；2) 讀取大氣溫度，大氣壓力，大氣濕度；3) 根據(jù)當時的大氣溫度，算出換算轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分的實際轉(zhuǎn)速，啟動后加速到該轉(zhuǎn)速；4) 待轉(zhuǎn)速和氣動狀態(tài)穩(wěn)定后，測量記錄該狀態(tài)的性能數(shù)據(jù)：流量管靜壓、進氣總壓梳總壓、級后總壓梳總壓，電機軸功率N；5) 調(diào)節(jié)排氣堵錐，進行100%n逼喘特性實驗，記錄至少5個特性點；6) 測量并記錄設計點狀態(tài)的畸變米字形總壓梳總壓。3.4.2畸變進氣實驗1） 準備工作。更換進氣流量管機匣段，加入畸變發(fā)生器插板

20、；2） 讀取大氣溫度，大氣壓力，大氣濕度3）重新啟動壓氣機，加速到換算轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分；4）狀態(tài)穩(wěn)定后，測量參數(shù)：流量管靜壓、進氣總壓梳總壓、級后總壓梳總壓，電機軸功率N；5）調(diào)節(jié)排氣堵錐，進行100%n逼喘特性實驗，記錄至少5個特性點；6）測量并記錄設計點狀態(tài)的畸變米字形總壓梳總壓。3.5實驗報告3.5.1原始數(shù)據(jù)記錄1）填寫表3.1的原始、總壓梳數(shù)據(jù)以及表3.2的性能計算參數(shù)(設計點的性能參數(shù)需自行計算，其它工況點可直接記錄實驗輸出數(shù)據(jù))，性能計算采用如下計算過程及公式：體積流量：其中為因粘性附面層引起的流量系數(shù)，A0.159為進氣面積，為實測當?shù)孛芏龋ó敶髿鉂穸却笥?0%需修正，本次實

21、驗忽略）,為流量管靜壓?？倝荷?=1.22kg/m3為標準大氣密度（根據(jù)相似理論折合）。效率：, N為電機輸出功率（KW，用于對氣體作功，電機輸出功率電機軸功率電機效率）表 3.1 設計點級進出口總壓數(shù)據(jù)(Pa)日期： K, Pa, 徑向位置周向位置總壓孔1總壓孔2總壓孔3總壓孔4總壓孔5總壓梳(0o)均勻畸變總壓梳(90o)均勻畸變總壓梳(180o)均勻畸變總壓梳(270o)均勻畸變總壓梳(0o)均勻畸變總壓梳(90o)均勻畸變總壓梳(180o)均勻畸變總壓梳(270o)均勻畸變表 3.2 性能參數(shù)計算流量1流量2流量3流量4流量5流量6均勻來流流量管靜壓(Pa)體積流量Q(m3/s)級前

22、平均總壓(Pa)級后平均總壓(Pa)級總壓升(Pa)電機軸功率N0(KW)電機輸出功率N(KW)級效率畸變來流流量管靜壓(Pa)體積流量Q(m3/s)級前平均總壓(Pa)級后平均總壓(Pa)級總壓升(Pa)電機軸功率N0(KW)電機輸出功率N(KW)級效率注：本次實驗中流量2的位置定為設計點2）填寫表3.3中的米字形總壓梳實驗數(shù)據(jù)表 3.3 設計點米字形總壓梳總壓記錄(Pa)徑向位置(mm)周向位置(o)總壓孔1R=175.2總壓孔2R=187.4總壓孔3R=198.9總壓孔4R=209.7總壓孔5R=220.0總壓梳(0o)均勻畸變總壓梳(45o)均勻畸變總壓梳(90o)均勻畸變總壓梳(13

23、5o)均勻畸變總壓梳(180o)均勻畸變總壓梳(225o)均勻畸變總壓梳(270o)均勻畸變總壓梳(315o)均勻畸變3.5.2數(shù)據(jù)整理及回答問題1）參考圖3.1，根據(jù)表3.2繪制100%n均勻和畸變進氣條件下的壓升特性和效率特性，根據(jù)所繪均勻特性和畸變特性的對比，分析畸變對發(fā)動機整體性能有何影響。2）參考圖3.3，根據(jù)表3.3，繪制均勻和畸變來流條件下的畸變曲線簇。要求橫坐標為周向位置，用角度表示，縱坐標為總壓，曲線簇由不同半徑的曲線構(gòu)成。分析二者的異同及其對下游流場的影響。 均勻進氣 畸變進氣3）穩(wěn)態(tài)周向總壓畸變流場的評價指標可采用周向畸變不均勻度來定量表示： 其中，其中為畸變測試截面平均

24、總壓，為此截面低壓區(qū)平均總壓，低壓區(qū)定義為此截面內(nèi)總壓低于的周向扇形區(qū)域。試計算本實驗條件下，設計點的周向畸變不均勻度。4）本次實驗中，為了統(tǒng)一測量方案，進行對比。對于均勻進氣的性能測試采用了與畸變進氣相同的方案。事實上，單純測量均勻進行性能時并不需要如此多的總壓測點，試問對于正常的均勻進氣性能，應該怎樣布置和的總壓測點。這樣布置的依據(jù)是什么？(提示：梳子沿徑向分布若干個總壓探針孔，利用梳子可以同時測量某一周向位置不同半徑處的總壓；耙子沿周向分布若干個總壓探針孔，利用耙子可以同時測量某一徑向位置不同周向處的總壓)實驗四 渦輪葉柵流場顯示實驗4.1實驗目的1、熟悉流動顯示的實驗方法，掌握通過實驗

25、觀察來幫助認識流動機理這一重要的科研方法；2、認識渦輪葉柵內(nèi)復雜的非定常流動現(xiàn)象。4.2實驗內(nèi)容1、在水槽中，利用氫氣泡法流場顯示技術(shù)顯示渦輪葉柵分別在20、0、20不同攻角情況下中間葉高通道內(nèi)的非定常流場，認識不同攻角下渦輪葉柵壓力面、吸力面附近以及通道中部的流動特點；2、在水槽中，利用氫氣泡法流場顯示技術(shù)顯示渦輪葉柵分別在20、0、20不同攻角情況下中間葉高葉片尾跡的非定常流場，認識不同攻角下渦輪葉片尾跡的流動特點；3、在水槽中，利用氫氣泡法流場顯示技術(shù)顯示渦輪葉柵分別在20、0、20不同攻角情況下渦輪端壁區(qū)二次流的非定常流場，認識不同攻角下渦輪葉柵端壁區(qū)前緣馬蹄渦、通道渦、端壁附面層、葉

26、背附面層、角區(qū)流動等以及它們相互作用、相互影響的非定常特點；4、在水槽中，利用氫氣泡法流場顯示技術(shù)顯示渦輪葉柵分別在20、0、20不同攻角情況下渦輪端壁泄漏流的非定常流場，認識渦輪葉柵存在葉尖徑向間隙后不同攻角下葉柵端壁泄漏流、泄漏渦、前緣馬蹄渦、通道渦、端壁附面層、葉背附面層、角區(qū)流動等以及它們相互作用、相互影響的非定常特點，幫助理解渦輪內(nèi)的流動現(xiàn)象。4.3氫氣泡法流場顯示方法氫氣泡流動顯示技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的流動顯示技術(shù)，跟隨性好、分辨率高，既可作定性觀察又能作定量測量，適用于湍流、旋渦等非定常流動和紊流脈動的研究。氫氣泡法應用水的電解原理，在水中通上電流使其電解，在陰陽極分別產(chǎn)生氫氣

27、泡和氧氣泡，由于陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，產(chǎn)生的氫氣泡數(shù)量多, 氫氣泡的體積可以比氧氣泡小得多，所以利用氫氣泡作為示蹤粒子來顯示流場。用極細的導線作為陰極布置在被觀察流場的上游，陽極則可以為任意形狀置于下游被觀察流場之后的水中。由此可通過產(chǎn)生的氫氣泡來顯示流場內(nèi)的流動情況。陰極導線一般采用鉑絲、鎢絲、銅絲或不銹鋼絲制作，為了避免對流場造成過大的影響，并使氫氣泡盡可能小，其直徑多為0.10.02mm，工作電壓為10100V，產(chǎn)生的氫氣泡直徑約為金屬絲直徑的一半。氫氣泡隨水流運動，如果用光源照亮被觀測截面，則氫氣泡呈現(xiàn)白色，便可以觀察到水流中氫氣泡的繞流情況，并可用于照相記錄。圖41是在

28、水槽中利用氫氣泡法顯示的渦輪平面葉柵在25攻角下距端壁2葉高的非定常流場。可以較清楚地觀測到，前緣馬蹄渦存在多渦結(jié)構(gòu)，馬蹄渦在壓力面和吸力面的兩個分支在葉柵通道端區(qū)發(fā)生相互干擾，壓力面分支的渦腳可以作用在端區(qū)吸力面的后部，發(fā)生渦附面層干擾，葉柵通道內(nèi)的端區(qū)流動呈現(xiàn)復雜的非定常性。 圖41 渦輪平面葉柵25攻角下距端壁2葉高的非定常流場若將陰極金屬絲垂直布置于來流方向，并加上周期性脈沖電壓，沿金屬絲便周期性產(chǎn)生一排排氫氣泡，其間隔寬度由脈沖間隔決定，而氫氣泡線的寬度則由脈沖寬度決定，這就是所謂的氫氣泡時間線法。它可以方便地顯示局部速度剖面或邊界層的速度型，可以作為定量分析，也可以用來定性的研究流

29、場的不均勻度。本次實驗是利用氫氣泡法流場顯示技術(shù)在水槽中顯示渦輪葉柵內(nèi)的復雜流動現(xiàn)象。4.3實驗設備1、回流式水槽圖4.2 水槽平面圖水槽為上下循環(huán)的閉式結(jié)構(gòu)，全長6.8米，分為四個部分：加速段，回流段，整流段和實驗段。其中水槽上層工作段長3000mm，寬700mm，高550mm；實驗段長1000mm，寬700mm，高500mm（約數(shù)，視水位而定）。水槽以葉輪機驅(qū)動水循環(huán)，來流速度在00.12m/s內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2、電機電源及調(diào)壓器電機帶動葉輪機轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動使水槽內(nèi)水流循環(huán)流動。通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)改變電機轉(zhuǎn)速，進而改變流速。本實驗所使用的直流電機采用的為北京市微電機總廠生產(chǎn)的SYL-50型永磁直流力矩電動機。其最大負載為30V，