第十章叶栅风洞实验

格式：ppt
大小：654.50 KB
文档页数：12

下载文档原格式

第十章叶栅风洞实验

Ca =
( )− 轴向速度的无因次量
Ca U
Ω′k (=
( w1u + w2u ) / 2 ) − 级前、后径向速度平均值的无因次量 U
• 减小压气机径向尺寸
加大机的流通能力－一定流量下，减小轮毂比。
• 减轻重量减少级数；加大流通能力综上：优秀的压气机应该具有：在安全可靠工作前提下，高的加功量；高流通能力；高效率；小尺寸和低重量
* 再测出：总压损失系数ϖ＝（Pw1 − Pw 2 ) / ρ1W12 2 *
还可以是：CY .C X
则)
ϖ = fω (i )
8
可以得到叶栅设计工作点：可以得到叶栅设计工作点：转折角尽可能大而总压损失及加功量尽量大，不太大 (及加功量尽量大，效率又高的工作点）及加功量尽量大效率又高的工作点）
5
二、动力系统试验装置
1. 装置类型
静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。动态型：压气机和涡轮试验台。动态型：压气机和涡轮试验台。
2. 叶栅参数
几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角) 最大厚度及位置、最大弯度及位置。最大厚度及位置、最大弯度及位置。稠度－稠度－叶弦和间距的比安装角－安装角－叶弦和额线夹角前缘构造角、前缘构造角、后缘构造角气动参数：气流进口角－气动参数：气流进口角－叶型来流和前缘额线夹角气流出口角－叶型出流和后缘额线夹角气流转折角基元级速度三角形见下图: 见下图
6
C1 W1 U C1a C1u
叶栅几何参数和气动参数示意图
7
3.实验要求实验要求

叶栅能量损失系数测定试验

《叶片机原理》实验指导书哈尔滨工业大学推进理论与技术研究所2012年12月一、实验目的叶栅效率是影响叶轮机械性能的一个重要因素，具有优良气动性能的叶栅通道是设计高性能叶轮机械的前提。

目前叶栅中能量损失的研究方法分理论和实验两种。

叶栅的理论研究需要大量的、烦杂的数学计算，到目前为止，虽然可以通过求解N-S方程的方法来确定叶栅的气动性能，但是其精度很差，因此，理论计算还需要由实验来修正，实验方法是研究叶栅中能量损失的重要方法。

通过本实验，了解五孔探针测试方法在叶栅能量损失测量中的应用，通过实验得到叶栅损失系数，叶栅出口马赫数，叶栅出气流角分布，通过叶栅流道的气流流量等。

该实验是《叶片机原理》课程的一个辅助教学部分。

二、实验原理1、实验风洞实验在哈尔滨工业大学推进理论与技术研究所的大尺度低速压气机平面叶栅风洞上完成。

整个系统是常规的，无附面层抽吸功能，实验段进口速度连续可调。

风洞示意图如图1所示，来流由一台75KW的电机带动离心式风机提供。

电机转动带动风机正常运转后，气流经风机通过调节闸板进入长3米的稳压筒1，调节闸板可调整气流的总压和速度，以满足实验的要求；气流流经稳压筒1后进入整流箱2，经过过滤网3，再通过整流栅4使气流基本均化。

整流箱上设有观察窗5，用来观察整流网6上的杂质、粉尘等的堆积情况，便于及时清理，保证气流的均匀性。

气流经整流栅4后，经过整流网6使气流的小尺度旋涡进一步破碎。

气流进一步均化后经过收敛段7、叶栅进口段8和活动侧板9间的实验叶栅10。

栅前总压和速度、栅内和栅后气流的总压、静压和流动角度由速度探针11和五孔探针测得。

五孔探针安装在由计算机控制、步进电机驱动的位移机构12上，可以完成展向、流向、节距方向的位移和水平方向的移动。

位移机构12可以在所要求的方向上实现探针的倾斜，以实现对各种叶栅流道内气流参数的测量。

探针感受到的压力经过压力传感器由计算机采集并存盘，气流流动角度通过探针校准曲线计算得出。

平面叶栅试验研究

曲线分析 1 转折角开始随叶型弯曲角增大得较快，后变慢至不再增加
q 35 , * 最大
2 对弯曲角小的叶型在正冲角下可以得到额定工况，而对弯曲角大的叶型，则在负冲角下得到额定工况。
3 当冲角在一定范围内，气流转折角与叶型弯曲角无关 * f (t , 2*)
5 i 5
4 当 19 q 3，6 气流转折角有较大值，阻力系数较小，叶栅性能好
2A 2 const
气流无脱离，叶型损失较小
§3 平面叶栅正常特性曲线
3 当冲角继续增大，与的cy 增加缓慢，而增cxp大加快。把达cx到p
相当于的c二xmin倍时的冲角称为临界冲角或失速冲角，这icr 时的工况称为叶栅失速工况。
4 当冲角有较大负值时，阻力系数也明显增加，这是由于叶腹后端开
§2 平面叶栅吹风试验
二、参数选取
叶栅性能主要指标：叶栅中能量转化能力大小与效率高低；即叶栅中气流压力的提高与损失的大小
或 Cy 来反映叶栅中压力提高的程度
Cy
2
t b
sin
m (ctg1
ctg2 ) cxctgm
将升力系数与阻力系数用气流角度及叶栅相对栅距联系起来
§2 平面叶栅吹风试验
原始叶型选定后，c，e，r1，r2以及厚度分布规律确定了
f a 由叶型弯曲角和叶型中线规律确定
常用的5种亚音速原始翼型 1 C4翼型，英国叶型系列，普遍，e＝30％ 2 NACA65－010翼型，美国航天局，e＝40％，高亚音速性能较好 3 BC－6翼型，e＝40％ 4 GTy－42翼型，e＝30％ 5 A40翼型，e＝40％
不同的级，l/b选择不同。对＝1.0的级，动叶中能量转化大，叶片所收弯曲应力大，l/b要选小一些。对＝0.5的级，负荷在动静叶中均匀分配，动叶的l/b可取的大一些。

《流体力学与流体机械》教学课件—10机翼与叶栅理论

y0,1( x) y f ( x) yt ( x)
中弧线的y坐标
局部厚度的一半
NACA翼型
NACA翼型是美国国家航空资讯委员会（National Advisory Committee for Aeronautics）所发表的翼型系列，有以下常用的系列翼型：
（1）NACA四位数字翼型
厚度方程为：最大厚度
1
2i
C
f (z) z z0
dz
0, z0在C外
f
(
z
0
),
z
0
在C内
第四节儒可夫斯基翼型与保角变换法
一、保角变换法求解平面势流
利用解析的复变函数 z =f(ζ)将ζ平面上的圆域变换
成z平面上的实用域。
Z
y
z
Cz
ζ
η
Cζ
o
V∞z αz
x
V∞ζ
o
αζ
ξ
注意：
保角变换过程中，同一点两个线段的夹角在变换过程中保持不变。
机翼一部分是由流过上表面的空气把它吸起来的，且上表面产生的负压对全部升力的贡献大于下表面的贡献。
吸力
压力系数分布曲线
压力
较大攻角翼型绕流
翼型表面压强的分布
大攻角翼型绕流
流体绕过翼型时要产生升力，是由于翼型上下表面速度不同造成压强分布的不同。将上下翼面速度分布的差异视为均匀的无穷远来流与由翼型形成的有一定环量的环流两者叠加而成。升力的大小与流体绕流翼型的环量Γ成正比，即
f (z)
f
(z0
)
(z
z0
)
f
'(z0
)
(z
z0 n!
)n

流体力学与流体机械——第10章(机翼与叶栅理论6-7)

任何叶栅都存在它等价的叶栅，且等价叶栅的叶型可以任意。特别是任何叶栅都能找到与它等价的平板叶栅。
满足条件：
（1）平板叶栅与原叶栅的栅距t相等；
（2）安放角等于原叶栅的无环量绕流角β0（即
零升力方向）；
升力系数
（3）弦长满足：b (Clz / Cl )bz
五、叶栅绕流问题的解法
叶栅绕流的求解分为正命题和反命题。
基本思想是应用保角变换，把给定的叶栅平面变换到某一辅助平面，使在辅助平面上的绕流是已知的或容易求解的。这样，在叶栅平面上的流动就可以逆变换关系求出。
3. 奇点法用来解任意叶栅正、反命题的现代方法之一。其实质是在有势流场中置入的点源系与点涡系替代叶栅中的翼型，以确定流场受叶栅干扰后的流动。
第六节叶栅及叶栅特征方程
叶片式水力机械的转轮、导叶轮都由若干个相同的叶片或翼型按相互等距离排列组成，叶片或翼型之间将彼此相互影响。按照一定规律排列起来而又相互影响的叶片或翼型的组合，叫做翼栅或叶栅。
叶栅理论的目的在于寻找叶栅与流体之间相互作用的运动学和动力学规律，以及影响这些规律的各种因素，是叶片式水力机械水动力学计算的理论基础。
v1xv2 y 'v2 xv1 y '
v1xv2 y 'v2 xv1 y '
引入新的系数i0
i0
m 1 K
式（3）可写成
v y '' Kv y '(1 K )i0v x （4）
上式两端同时乘以列线长度2πr， r为展开成平面叶栅的圆柱流面的半径，有
2rv y '' 2rKv y '2r(1 K )i0v x
4. 安放角翼型的弦线与列线之间的夹角称为安放角，用βs表示。中弧线在前缘点处的切线与列线的夹角叫进口安放角，用βs1表示。同样可定义出口安放角βs2 。

第10章(机翼与叶栅理论6-7)

将式（1）、式（2）改写成标量形式：
v x av1 x bv2 x v y ' av1 y ' bv2 y ' v y ' ' av1 y ' ' bv2 y ' '
a
v x v2 y 'v2 x v y ' v1 x v2 y 'v2 x v2 y '
b
1 ' ' 2 ' ' ' ' K 1 ' 2 ' '
表示单位栅前速度环量变化所造成的栅后速度环量的变化。
系数K、i0的物理意义 t→0，栅后速度方向不受栅前流动影响而保持恒定，因此K=0; t→∞，视为孤立翼型，栅前、后足够远处速度相同，因此K=1。当t→0，b/t →∞时，流体无法穿过叶栅，当t→∞，b/t →0时，流体完全穿过叶栅，故特征系数K称为叶栅的穿透系数，0≤K≤1。
第六节叶栅及叶栅特征方程
叶片式水力机械的转轮、导叶轮都由若干个相同的叶片或翼型按相互等距离排列组成，叶片或翼型之间将彼此相互影响。按照一定规律排列起来而又相互影响的叶片或翼型的组合，叫做翼栅或叶栅。叶栅理论的目的在于寻找叶栅与流体之间
相互作用的运动学和动力学规律，以及影
响这些规律的各种因素，是叶片式水力机
式（5）即为静止直列叶栅前、后流动的特征方程。上式中，Γ’’是圆柱流面出口处的速度环量， Γ’是进口处的速度环量，Q是两径向距离为 1的圆柱流面间的流量。
系数K、i0的物理意义两个流量相同、绕流同一叶栅的不同流动，它们的特征方程为：
1 ' ' K1 '(1 K )i0Q

风洞实验压力探针校准测试系统平台

风洞实验压力探针校准测试系统平台作者：***来源：《今日自动化》2021年第06期[摘要 ]叶轮机械流场的准确测量对于提高叶轮机械的效率、减少流动损失等起到重要作用。

在目前流场测量工具中，压力探针成本低廉、结构简单。

压力探针在用于测量流场前需要对其进行校准，由于测试效率低，测量精度不高，因此开发了基于LabVIEW的压力探针校准测试软件。

建立五孔压力探针校准平台，不仅节约人力物力，还可以提高测量精度和效率。

采用风洞实验获得五孔探针校准数据，根据曲线网图中的数据分布均匀程度，从5个探针中选择3个适合俯仰角和偏转角±30°测量的探针。

[关键词]压力探针;校准;LabVIEW;测试平台[中图分类号]TP274.4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–0–03[Abstract]Accurate measurement of the flow field of impeller machinery plays an important role in improving the efficiency of impeller machinery and reducing flow loss. Among the current flow field measurement tools， the pressure probe has low cost and simple structure. The pressure probe needs to be calibrated before it is used to measure the flow field. Due to the low test efficiency and low measurement accuracy， a pressure probe calibration test software based on LabVIEW has been developed. The establishment of a five-hole pressure probe calibration platform not only saves manpower and material resources， but also improves measurement accuracy and efficiency. The five-hole probe calibration data is obtained by wind tunnel experiment. According to the uniformity of the data distribution in the curve network diagram， three probes suitable for the measurement of pitch angle and deflection angle ±30° are selected from the five probes.[Keywords]pressure probe; calibration; LabVIEW; test platform目前，实验研究和数值计算是研究叶轮机械的主要方法。

不同条件下平面叶栅风洞流场品质的实验研究

不同条件下平面叶栅风洞流场品质的实验研究
蔡明;高丽敏;刘哲;程昊;王浩浩;郭彦超
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2021(42)5
【摘要】为了全面认识亚声速平面叶栅风洞的流场品质及其影响因素,以典型高亚声速平面叶栅风洞为研究对象,试验测量并分析了空风洞的来流品质以及安装叶栅试验件后来流马赫数、来流攻角、以及叶片数对叶栅进口准确性、均匀性以及出口周期性的影响。

研究结果表明:空风洞内主流区域宽广且基本均匀,来流马赫数偏差不超过±0.005,来流气流角偏差不超过±1°;加装叶栅试验件后叶栅风洞周向流场分布表现出不对称,靠近可移动上侧壁的三个通道的来流均匀性和准确性普遍较差,叶栅中间和偏向可移动下侧壁的通道进口均匀性和准确性较好;来流攻角对叶栅进口流场品质的影响比马赫数更明显,在负攻角和较小的正攻角下,叶栅进口流场品质较好;在较大的正攻角下,叶栅进口均匀性和准确性明显下降;叶栅进口均匀性直接影响了通道内以及叶栅出口的周期性。

【总页数】9页(P1162-1170)
【作者】蔡明;高丽敏;刘哲;程昊;王浩浩;郭彦超
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V231.1
【相关文献】
1.低马赫数条件下几何折转角对平面扩压叶栅弯叶片流场性能的影响
2.某叶栅风洞栅前流场的分析与改进
3.某叶栅风洞栅前流场的分析与改进
4.二维平面振荡叶栅流场显示实验研究
5.基于抽吸的亚声速平面叶栅风洞流场品质控制研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

涡轮叶栅损失的实验与数值研究

涡轮叶栅损失的实验与数值研究
涡轮叶栅损失是涡轮机械中的一个重要问题，是指在涡轮叶栅中出现的流动损失。

研究涡轮叶栅损失的实验和数值模拟方法对于提高涡轮机械的效率和性能具有重要意义。

本文将结合实验与数值模拟两个方面，深入分析涡轮叶栅损失的研究情况。

风洞实验通过搭建仿真的风洞实验装置，模拟涡轮叶栅的流动场景，测量叶栅表面的静压分布和流速等数据，进而计算出流动损失。

通过改变叶栅的参数，如叶栅间距、厚度等，研究其对涡轮叶栅损失的影响。

涡轮试验台实验是一种更接近实际工况的实验方法。

通过在试验台上安装涡轮叶栅，模拟涡轮机械的运行场景。

通过测量压力传感器上的压力变化，可以得到叶栅的压力分布情况，再根据压力分布计算出流动损失。

雷诺平均N-S方程模型是一种常用的数值模拟方法。

该模型基于雷诺平均的假设，通过求解雷诺平均N-S方程，模拟流场中的流动行为。

通过该模型可以对叶栅流场进行精确的计算和分析。

大涡模拟方法则是一种近年来较为先进的数值模拟方法。

该方法通过划分涡旋尺度，模拟大涡的运动行为，忽略小涡的影响。

通过这种方法可以更加准确地模拟和计算涡轮叶栅的流动行为。

通过实验和数值模拟的研究方法，可以深入分析涡轮叶栅损失的成因和影响因素，并提出相应的改进措施。

比如，通过优化叶栅的设计参数，如叶栅间距、角度等，可以减小流动损失，提高涡轮机械的效率和性能。

此外，也可以通过优化叶栅表面的涡结构，进一步减小流动损失。

总之，涡轮叶栅损失的实验与数值研究可以为涡轮机械的设计和改进提供重要的指导和方法。

通过不断深入研究，涡轮叶栅的效率和性能将得到进一步提高。

变间距棒栅在风洞实验中的应用

度,同时,也能为实验室间比对、能力验证、测量审核
提供参考量值。对液体流量计,尤其是直接用于贸
易结算液体流量仪表的规范使用和相关单位安全生
产具有重要现实意义,是安全防护工作的重要保证,
在石油、化工、能源、乳业生产等领域广泛应用,于安
全生产具有不可替代的作用。
[参考文献]
[
]
国家质量监
中国国家标准化管理委员会. 测量、控制和实
验室用电气设备的安全要求:第 1 部分:通用
要求:
GB4793.
1—2007[
S].北京:中国标准
出版社,
2007
.

(上接第 115 页)
督
检验检疫总局. 标准表法流量
1
标准装置:
J
JG643—2003[
S].北京:中国计量
出版社,
2003.
[
2] 国家市场监督管理总局. 计量器具软件评测
指南:
J
JF1182—2021[
S].北京:中国标准出
版社,
2021
.
[
3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,
范》(
GB50009—2012)的 B 类粗糙度类别,但湍流
强度经衰减小于规定的湍流强度。
3 结束语
运用热线风速仪对不同来流风速条件下变间距
棒栅尾流场进行实验研究,得到以下结论:结构相似
但有区别的两种棒栅也会导致流场明显差异,因此应
在实验前对间距及圆棒尺寸的组合进行数值模拟,从
而在风洞实验中选择合适的棒栅结构。变间距棒栅

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

叶栅风洞实验一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片来实现。数量的叶片来实现。 2. 定义在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称为叶片机。为叶片机。
* 再测出：总压损失系数ϖ＝（Pw1 − Pw 2 ) / ρ1W12 2 *
还可以是：CY .C X
则可以得到平面叶栅正常特性
∆β = f β (i )
ϖ = fω (i )
8
可以得到叶栅设计工作点：可以得到叶栅设计工作点：转折角尽可能大而总压损失及加功量尽量大，不太大 (及加功量尽量大，效率又高的工作点）及加功量尽量大效率又高的工作点）
5
二、动力系统试验装置
1. 装置类型
静止型：叶栅实验－平面叶栅和：压气机和涡轮试验台。动态型：压气机和涡轮试验台。
2. 叶栅参数
几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角) 最大厚度及位置、最大弯度及位置。最大厚度及位置、最大弯度及位置。稠度－稠度－叶弦和间距的比安装角－安装角－叶弦和额线夹角前缘构造角、前缘构造角、后缘构造角气动参数：气流进口角－气动参数：气流进口角－叶型来流和前缘额线夹角气流出口角－叶型出流和后缘额线夹角气流转折角基元级速度三角形见下图: 见下图
6
C1 W1 U C1a C1u
叶栅几何参数和气动参数示意图
7
3.实验要求实验要求
• 已知量叶栅几何参数：叶栅几何参数：稠度b / t ; 翼型弯曲角θ；前缘构造角β1c ; 后缘构造角β 2 c • 实验自变量：冲角实验自变量：冲角I • 实验测量值：实验测量值：气流转折角∆β；
1
叶栅风洞实验一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片来实现。数量的叶片来实现。 2. 定义在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称为叶片机。为叶片机。
Ca =
( )− 轴向速度的无因次量
Ca U
Ω′k (=
( w1u + w2u ) / 2 ) − 级前、后径向速度平均值的无因次量 U
• 减小压气机径向尺寸
加大机的流通能力－一定流量下，减小轮毂比。
• 减轻重量减少级数；加大流通能力综上：优秀的压气机应该具有：在安全可靠工作前提下，高的加功量；高流通能力；高效率；小尺寸和低重量
ϖ
=
ρ 1w
2 1
10
则可以得到平面叶栅特性
∆β = f β (i)
由此，即可得到
压气机扩压特性（增压)，加功量大而损失小。
ϖ = fw (i)
效率特性
11
C1=C1a 已知：当不考虑转子叶片前的定子叶片的预扭作用时 C1=C1a C1a为进口气流的轴向分速。 C1a W1 β1 U=(2πnu/60)r 轴向速度C1；对应转子转速U；进气角β1可知。则来流冲角I可求： I=β1c-β1
2
3.航空发动机简述航空发动机简述 • 涡喷－来流压气机
带动旋转部件
提高压力
燃烧室
喷油点火
涡轮
尾喷管内高温高压气体膨胀作功 • • • • • • 涡桨涡扇涡轴总要求：达到一定增压比效率高、尺寸小、重量轻适当喘振裕度
3
4.高品质发动机技术途径
• 高增压比
* * π kst = (η kst Lkst / 1005T1* + 1) * ηkst − 级的绝热效率 K K −1
12
9
4.实验
• 测量参数每一组叶栅，需测量如下参数：栅前－－P1 ,P*W1 ,T*1 ,β1 栅后－－P*W2 , β2 • 数据处理 ⑴由β1c可得到冲角I(= β1c- β1) ⑵ 由测量的 β2和已知的β2c,算出落后角δ（ δ＝ β2c－ β2） ⑶由β1， β2 算出气流转折角（△ β＝ β2 － β1） ⑷由测量 T*1 栅前临界音速（acr1=(2/(k+1)×kR T*1 )1/2) ⑸由测量的 P1 ,P*W1 π（ λ w1)和τ（λw1) ⑹算出栅前相对速度 W1= λ w1× acr1 ⑺算出进口气流的静温 T1＝ T*1 /τ1（λw1) ⑻由P1和T1算出叶栅前气流密度 ρ1＝p1/RT1 * * ⑼算出叶栅总压损失系数 2 ( p w1 − p w 2 )
Lkst－级的加功量
提高级加功量
Lkst = U ⋅ ∆WU U − 基元叶片圆周速度 ∆WU－工作轮叶片扭速 2πnk U = ⋅r 60 ∆WU = Ca1.55 (1 + 1.5 ⋅ bt )
4
• 提高压气机效率分析
效率: 效率下列参数的函数叶栅稠度（b/t);

第十章叶栅风洞实验

合集下载