葉輪機(jī)實驗報告(4項)

1、葉輪機(jī)械原理教學(xué)實驗指導(dǎo)書北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院流體機(jī)械系二O一六年十二月26實驗一 平面亞音擴(kuò)壓葉柵實驗1.1實驗?zāi)康?)通過實驗使學(xué)生熟悉平面葉柵實驗設(shè)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(jī)氣動設(shè)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(kuò)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(fēng)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(dāng)i增加時, Db開始直線上升，幾乎不變。到某一攻角， Db達(dá)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(yán)重分離。在很大的負(fù)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(jī)械能損失，葉柵的效率和有直接關(guān)系。壓氣機(jī)設(shè)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(jī)氣動設(shè)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(jìn)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(dāng)?shù)厮俣鹊陀谌~柵進(jìn)口速度，為負(fù)值表明當(dāng)?shù)厮俣却笥谌~柵進(jìn)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(biāo)為弦長百分比。進(jìn)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(yán)重分離(失速)現(xiàn)象。當(dāng)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(shè)備1.3.1葉柵風(fēng)洞圖3表示平面葉柵實驗設(shè)備示意圖圖 1.3 平面葉柵實驗設(shè)備示意圖葉柵實驗由連續(xù)氣源供氣，氣流經(jīng)過

4、擴(kuò)壓段減速擴(kuò)壓，穩(wěn)定箱內(nèi)安裝了蜂窩器和阻尼網(wǎng)（鋼網(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(jìn)口截面各點壓力、速度都相同的一股均勻氣流進(jìn)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(jī)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

5、mm 葉柵稠度 幾何進(jìn)口角 幾何出口角 1.3.3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(jìn)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(zhǔn)備在進(jìn)行實驗以前，同學(xué)們必須閱讀實驗說明書，明確實驗?zāi)康?、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(jìn)行測量。為保證測準(zhǔn)

6、葉柵出口氣流方向，還應(yīng)檢查葉柵出口探針是否對準(zhǔn)零位。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(zhǔn)備好記錄紙和筆。1.4.2開車實驗指導(dǎo)教師檢查準(zhǔn)備情況，符合要求后即可啟動40千瓦羅茨鼓風(fēng)機(jī)，氣流連續(xù)不斷進(jìn)入葉柵風(fēng)洞，這時將葉柵前探針調(diào)到對準(zhǔn)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(jī)構(gòu)的標(biāo)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

7、攻角，重復(fù)測量上面的參數(shù),至少要作5-6個攻角,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(dāng)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

8、）葉柵進(jìn)口氣流角 （度）（表1.2）2）落后角 （度）（表1.2）3）氣流轉(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(fù)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1.789´105 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(jī)性能實驗2.1實驗?zāi)康?)掌握軸流壓氣機(jī)內(nèi)流動、加功增壓原理和特性；2)熟悉壓氣機(jī)氣動參

9、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氣機(jī)在設(shè)計完成后，組裝到核心機(jī)之前一定要經(jīng)過部件試驗的驗證。達(dá)到設(shè)計指標(biāo)的才能進(jìn)行組裝。這部分試驗內(nèi)容稱之為壓氣機(jī)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(shè)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(jìn)出口外壁靜壓、靜子出口外壁靜壓、轉(zhuǎn)子進(jìn)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(jī)特性曲線2.2.2額定折合轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)特性曲線壓氣機(jī)的性能用特性曲線來表示。對于高速壓

10、氣機(jī)，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(jī)，其橫坐標(biāo)則常用流量系數(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(dāng)流量減小到一定值時就會發(fā)生失速或喘振，此時應(yīng)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(yīng)返回大流量狀態(tài)，然后開至其它轉(zhuǎn)速，重復(fù)這個過程。圖2.1為某低速壓氣機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的特性曲線示意圖。圖 2.2 壓氣機(jī)氣動力學(xué)實驗臺2.3實驗設(shè)備2.3.1壓氣機(jī)實驗臺如圖2.2所示，實驗臺

11、為一排動葉和一排靜葉組成的單級軸流壓氣機(jī)，可增加葉片排數(shù)，擴(kuò)展為雙級相同級或三級相同級。實驗臺可移動，壓氣機(jī)進(jìn)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(jī)實驗臺的配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由計算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集處理，可測氣流參數(shù)：空氣流量，動葉進(jìn)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

12、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(dāng)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(jìn)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(jìn)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

13、口氣流偏角（相對于軸線）；（4） 轉(zhuǎn)子進(jìn)口總溫和靜子出口與轉(zhuǎn)子進(jìn)口總溫差2.5實驗報告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(jìn)氣總溫（同大氣溫度，也同轉(zhuǎn)子進(jìn)口總溫）、進(jìn)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(jī)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(jī)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

14、，可取1.40表2.1日期：= , = , = 轉(zhuǎn)/分， = 閥門關(guān)度(mm)1222303641444648失速前失速點6070504238恢復(fù)前恢復(fù)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(shè)計狀態(tài)和近失速狀態(tài)轉(zhuǎn)子進(jìn)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(shè)計狀態(tài)近失速狀態(tài)2）用動量原理說明軸流壓氣機(jī)加功原理，用柏努利方程說明增壓原理。3）軸流壓氣機(jī)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(jī)條件下，基于總壓

15、比的級特性與基于外壁靜壓比的級特性的差別。實驗三 進(jìn)氣畸變實驗3.1實驗?zāi)康?)了解進(jìn)氣畸變對壓氣機(jī)性能的影響；2)掌握畸變流場的評價指標(biāo)。3.2實驗內(nèi)容3.2.1測量進(jìn)氣畸變下的壓氣機(jī)特性在理想狀態(tài)下，壓氣機(jī)的進(jìn)口截面流動是均勻一致的。通常的壓氣機(jī)性能實驗也都是在這種情況下測量的。當(dāng)發(fā)動機(jī)安裝到飛機(jī)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(jìn)氣畸變就是最為常見和典型的例子。當(dāng)飛機(jī)處于大迎角飛行，導(dǎo)彈發(fā)射等情況下都會引發(fā)進(jìn)氣畸變。進(jìn)氣畸變將會嚴(yán)重惡化壓氣機(jī)的性能，導(dǎo)致其過早失速。因此，穩(wěn)定性評估已經(jīng)成為當(dāng)代航空發(fā)動機(jī)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(jī)

16、均勻進(jìn)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(jī)均勻進(jìn)氣與畸變來流條件下的特性對比。圖 3.1 某低速壓氣機(jī)均勻與畸變特性對比3.2.2進(jìn)氣總壓畸變曲線或圖譜既然進(jìn)氣條件的破壞造成了壓氣機(jī)進(jìn)氣畸變，為了掌握和評價進(jìn)氣畸變的強(qiáng)度，需要在壓氣機(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)口截面的總壓畸變圖譜。由于飛機(jī)大迎角飛行等來流條件影響，使得壓氣機(jī)進(jìn)口截面周向呈現(xiàn)較強(qiáng)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(tuán)帶來的進(jìn)氣總

17、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 不同半徑處總壓沿周向分布圖3.3實驗設(shè)備3.3.1畸變壓氣機(jī)實驗臺1 進(jìn)口集流器 2 流量管壁面靜壓孔 3 插板 4 壓氣機(jī)進(jìn)口總壓梳（測畸變圖譜） 5 壓氣機(jī)進(jìn)口總壓梳（測氣動性能） 6 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子 7 壓氣機(jī)靜子 8 壓氣機(jī)出口總壓梳 9 異步交流電動機(jī) 10 排氣管道 11 節(jié)流堵錐 12 壓氣機(jī)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(jī)為單級軸流式，由異步交流電機(jī)提供動力，額定轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分，由伺服機(jī)構(gòu)控制轉(zhuǎn)速，控制精度為1轉(zhuǎn)/分。機(jī)匣外徑450mm，輪轂比0.75。出氣流

18、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(jī)完成。3.3.2實驗方案如圖3.4所示，進(jìn)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(jī)，由于畸變的流場破壞了進(jìn)氣

19、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(jìn)口總壓，在截面8周向均布了四根總壓梳測量出口總壓。3.4實驗步驟3.4.1均勻進(jìn)氣特性的測量1) 準(zhǔn)備工作。包括電機(jī)及各種測量儀器預(yù)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(dāng)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(jìn)氣總壓梳總壓、級后總壓梳總壓，電機(jī)軸功率N；5) 調(diào)節(jié)排氣堵錐，進(jìn)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(shè)計點狀態(tài)的畸變米字形總壓梳

20、總壓。3.4.2畸變進(jìn)氣實驗1） 準(zhǔn)備工作。更換進(jìn)氣流量管機(jī)匣段，加入畸變發(fā)生器插板；2） 讀取大氣溫度，大氣壓力，大氣濕度3）重新啟動壓氣機(jī)，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(jìn)氣總壓梳總壓、級后總壓梳總壓，電機(jī)軸功率N；5）調(diào)節(jié)排氣堵錐，進(jìn)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(shè)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(shè)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

21、流量系數(shù)，A0.159為進(jìn)氣面積，為實測當(dāng)?shù)孛芏龋ó?dāng)大氣濕度大于50%需修正，本次實驗忽略）,為流量管靜壓?？倝荷?=1.22kg/m3為標(biāo)準(zhǔn)大氣密度（根據(jù)相似理論折合）。效率：, N為電機(jī)輸出功率（KW，用于對氣體作功，電機(jī)輸出功率電機(jī)軸功率×電機(jī)效率）表 3.1 設(shè)計點級進(jìn)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

22、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)級前平均總壓(Pa)級后平均總壓(Pa)級總壓升(Pa)電機(jī)軸功率N0(KW)電機(jī)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(jī)軸功率N0(KW)電機(jī)輸出功率N(KW)級效率注：本次實驗中流量2的位置定為設(shè)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(shè)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5

23、R=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(135o)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(jìn)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(jī)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(biāo)為周向位置，用角度表示，縱坐標(biāo)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(jìn)氣 畸變進(jìn)氣3

24、）穩(wěn)態(tài)周向總壓畸變流場的評價指標(biāo)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(shè)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(jìn)行對比。對于均勻進(jìn)氣的性能測試采用了與畸變進(jìn)氣相同的方案。事實上，單純測量均勻進(jìn)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(jìn)氣性能，應(yīng)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

25、周向處的總壓)實驗四 渦輪葉柵流場顯示實驗4.1實驗?zāi)康?、熟悉流動顯示的實驗方法，掌握通過實驗觀察來幫助認(rèn)識流動機(jī)理這一重要的科研方法；2、認(rèn)識渦輪葉柵內(nèi)復(fù)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(rèn)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(rèn)識不同攻角下渦輪葉片尾跡的流動特點；3、在水

26、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(rèn)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(rèn)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.

27、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(yīng)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)生氫氣泡和氧氣泡，由于陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，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(xì)的導(dǎo)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(dǎo)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

28、，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?？梢暂^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(fù)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

29、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(fù)雜流動現(xiàn)象。4.3實驗設(shè)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(jī)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(jī)電源及調(diào)壓器電機(jī)帶動葉輪機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變流速。本實驗所使用的直流電機(jī)采用的為北京市微電機(jī)總廠生產(chǎn)的SYL-50型永磁直流力矩電動機(jī)。其最