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叶栅能量损失系数测定实验
《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。大气压力、温度和风洞内的温度及传感器温度由大气压力传感器、温度传感器和安装在筒体上的温度传感器及传感器箱中的温度传感器测得,实验段出口尺寸为540 160mm2。
1 稳压筒
6 整流网
11速度探针 2 整流箱 7 收敛段 12 位移机构 3 过滤网 8 叶栅进口段 13 半圆盘 4 整流栅 9 活动侧板 5 观察窗 10 实验叶栅
图1 实验风洞示意图
2、五孔探针测量方法介绍
五孔探针
采集的时均气
流参数对叶栅
三维流场的研
究具有重要意
义,可采用五孔
探针来获取叶
栅栅前、栅内及
栅后的气流参
数。该方法具有
测量原理简单、
投资较少,使用
方便和便于维
护、精度可靠等
优点,目前仍然
是测量叶栅流
场的主要工具
之一。五孔探针
具有两种基本
形状;球头形和
L形,图2为L
图2 L形五孔探针及其角度定义形五孔探针。
。测量时根据测压孔感受到的压力值以及压力和速度的关系,得到测量点处的气流总压
P*、静压Ps、空间速度C的大小和气流的方向(偏转角α和俯仰角β)。束状探针测压孔位置和气流方向角