一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的裝置及不轉(zhuǎn)動(dòng)法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的不轉(zhuǎn)動(dòng)法，首先將進(jìn)氣氣流的絕對(duì)進(jìn)氣角度轉(zhuǎn)化為相對(duì)進(jìn)氣角度，將軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔變?yōu)殪o止孔。其次在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔前設(shè)置預(yù)旋噴嘴，預(yù)旋角按照氣流相對(duì)進(jìn)氣角度給定，使氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴預(yù)旋后再進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔，最后，將熱電偶粘在預(yù)旋噴嘴進(jìn)口，引出補(bǔ)償導(dǎo)線到采集板卡對(duì)預(yù)旋噴嘴入口絕對(duì)總溫進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)引壓管連接到差壓表等壓力測(cè)量?jī)x器對(duì)預(yù)旋噴嘴出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口靜壓進(jìn)行測(cè)量；從而通過(guò)理想流量的計(jì)算公式得到理想流量，通過(guò)流量計(jì)對(duì)通過(guò)孔的流量進(jìn)行測(cè)量，得到通過(guò)孔的實(shí)際流量，從而得到流量系數(shù)。
【專利說(shuō)明】
一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的裝置及不轉(zhuǎn)動(dòng)法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量 系數(shù)測(cè)量的裝置及不轉(zhuǎn)動(dòng)法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高意味著需要相應(yīng)提升渦輪進(jìn)口前燃?xì)鉁囟龋刻?高55°C，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力約可提高10%。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已經(jīng)高達(dá)2000K，遠(yuǎn)大于 發(fā)動(dòng)機(jī)金屬材料的耐溫上限，單純的提高金屬材料的耐溫極限已經(jīng)難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能的 提升，更多的是需要從壓氣機(jī)抽取空氣并通過(guò)內(nèi)流空氣系統(tǒng)對(duì)高溫部件進(jìn)行有效的冷卻。
[0003] 在現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣系統(tǒng)內(nèi)的氣體流量約占發(fā)動(dòng)機(jī)總流量的20 %~ 30%，并主要具有冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件、封嚴(yán)、軸承軸向負(fù)載的控制、防止燃?xì)馊肭峙c輪緣 封嚴(yán)等作用，直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性以及其工作壽命。然而，空氣系統(tǒng)的流路結(jié)構(gòu) 十分復(fù)雜，冷卻空氣必須通過(guò)各種流動(dòng)結(jié)構(gòu)元件（如管道、孔、封嚴(yán)、盤腔等)才能到達(dá)目標(biāo) 結(jié)構(gòu)，完成相應(yīng)的功能?？资强諝庀到y(tǒng)中常見的限流和損失元件，其類型多種多樣，如渦輪 葉片上的氣膜孔、轉(zhuǎn)盤上的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔、發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)孔等。準(zhǔn)確把握各類孔結(jié)構(gòu) 的流量系數(shù)及壓力和溫度變化，對(duì)于空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。
[0004] 目前現(xiàn)有的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法需要測(cè)量孔進(jìn)口的相對(duì)總壓、相對(duì)總溫，孔 出口的靜壓以及通過(guò)孔的流量，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究，得到了不同幾何尺 寸和氣動(dòng)工況下軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的流量系數(shù)，但這種實(shí)驗(yàn)方法存在兩個(gè)顯著缺點(diǎn)：1.由于孔是 轉(zhuǎn)動(dòng)的，實(shí)驗(yàn)?zāi)M和實(shí)驗(yàn)測(cè)量難度和成本很大。2.實(shí)驗(yàn)研究中未對(duì)通過(guò)封嚴(yán)篦齒的泄漏流 量進(jìn)行測(cè)量，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為了克服現(xiàn)有測(cè)量方法準(zhǔn)確度低，測(cè)量難度大，成 本高的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的不轉(zhuǎn)動(dòng)法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的裝置，包括預(yù)旋噴嘴3 和第一外環(huán)體4;預(yù)旋噴嘴3在第一外環(huán)體4內(nèi)周向均布，預(yù)旋噴嘴3開有通孔，且通孔軸線與 第一外環(huán)體4的軸線存在夾角;氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴3的通孔預(yù)旋后，進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔。
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:一種基于上述裝置對(duì)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的不 轉(zhuǎn)動(dòng)法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 步驟一:將絕對(duì)進(jìn)氣角度轉(zhuǎn)換為相對(duì)進(jìn)氣角度；
[0009] 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔（1)與第二外環(huán)體(2)以相同速度進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣氣流與軸向轉(zhuǎn)動(dòng) 孔（1)的軸線形成絕對(duì)進(jìn)氣角度Θ;將Θ轉(zhuǎn)換為相對(duì)于第二外環(huán)體(2)的相對(duì)進(jìn)氣角度0 1，公 式為
[0010 ] arctan[( - U)fVz ]
[0011 ]其中Λ為來(lái)流速度V的周向分量，U為軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔與第二固體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，vz為來(lái) 流速度V的軸向分量；
[0012]步驟二:預(yù)旋噴嘴以及預(yù)旋角的設(shè)定；
[0013]停止第二固體和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔靜止;在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔前設(shè)置 預(yù)旋噴嘴，使進(jìn)氣氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴預(yù)旋后再進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔;預(yù)旋噴嘴中的預(yù)旋角計(jì)算 如下：
[0014] θ〇 = 90°-θΓ
[0015] 步驟三:實(shí)驗(yàn)工況調(diào)節(jié)和溫度、壓力、流量的測(cè)量；
[0016] 在預(yù)旋噴嘴進(jìn)口處設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，通過(guò)熱電偶測(cè)量進(jìn)氣氣流的絕對(duì)總溫;在預(yù)旋 噴嘴的出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口處均設(shè)置靜壓測(cè)點(diǎn)，通過(guò)差壓表等壓力測(cè)量?jī)x表對(duì)預(yù)旋噴 嘴出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口靜壓進(jìn)行測(cè)量;進(jìn)氣氣流通過(guò)孔后進(jìn)入流量計(jì)，對(duì)氣流的流量進(jìn) 行測(cè)量；
[0017] 通過(guò)調(diào)節(jié)氣源的壓力和進(jìn)氣閥門的開度控制進(jìn)氣氣流的流量和壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)加 熱器的功率控制進(jìn)氣氣流的溫度，（上面噴嘴前后的測(cè)點(diǎn)測(cè)溫度、壓力、流量，如果跟相應(yīng)的 實(shí)際工況不相同，通過(guò)調(diào)氣源、閥門和加熱器達(dá)到目標(biāo)值)從而保證進(jìn)氣氣流的絕對(duì)總溫與 相應(yīng)實(shí)際工況進(jìn)氣氣流的相對(duì)總溫相同；軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口的靜壓與相應(yīng)實(shí)際工況的靜壓 相同，通過(guò)孔的流量與相應(yīng)實(shí)際工況相同。
[0018] 步驟四：流量系數(shù)計(jì)算；
[0019] 通過(guò)步驟二確定的預(yù)旋角θ〇和步驟三測(cè)量得到氣流的流量化_",，計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn) 動(dòng)孔氣流的周向速度^和軸向速度Vz，如下式：
[0022]其中Ao為預(yù)旋噴嘴出口軸向橫截面積，P為氣流密度；
[0023]通過(guò)步驟三測(cè)量得到為預(yù)旋噴嘴進(jìn)口絕對(duì)總溫砹計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔氣流的靜 .9 溫!^，由下式確定：
[0025]其中cP為氣流定壓比熱；
[0026]通過(guò)步驟三測(cè)量得到預(yù)旋噴嘴出口靜壓Pi，計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔氣流的總壓if， 由下式確定：
[0028]其中γ為氣流比熱比；
[0029] 最后由進(jìn)氣氣流的總溫7Γ，總壓/Γ和孔出口測(cè)得的靜壓Ρ2,計(jì)算軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的流 量系數(shù)，由下式確定：
[0031] 其中Rg為氣體常數(shù)。
[0032] 發(fā)明效果
[0033] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明提出一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的不轉(zhuǎn)動(dòng) 法，可以在靜止條件下，對(duì)復(fù)雜的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行模擬。靜止條件下對(duì)孔流量系數(shù)進(jìn)行測(cè) 量，不存在轉(zhuǎn)靜件封嚴(yán)泄露的問(wèn)題，不需要對(duì)泄露流量進(jìn)行測(cè)量，大大提高了實(shí)驗(yàn)精度，同 時(shí)由于是在靜止條件下進(jìn)行的測(cè)量，不需要在轉(zhuǎn)動(dòng)件上測(cè)量相對(duì)狀態(tài)參數(shù)，大大降低了實(shí) 驗(yàn)成本。轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)由于涉及振動(dòng)等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)系數(shù)很高，容易出現(xiàn)安全事故，而在靜 止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性。準(zhǔn)確把握各類孔的流量系數(shù)及壓力和溫度 分布是空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，由于流量系數(shù)是由流量，壓力和溫度綜合計(jì)算得到，因 此流量系數(shù)的偏差大小可以在很大程度上說(shuō)明不轉(zhuǎn)動(dòng)法的準(zhǔn)確性。使用不轉(zhuǎn)動(dòng)法得到的流 量系數(shù)與實(shí)際工況下流量系數(shù)的偏差僅為3.54%，不轉(zhuǎn)動(dòng)法的準(zhǔn)確度很高。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)， 需要得到各種類型，尺寸的孔在不同進(jìn)出口壓力條件下的流量系數(shù)及壓力和溫度分布，從 而進(jìn)行選擇，而流量系數(shù)及壓力和溫度需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，不轉(zhuǎn)動(dòng)法的目的就是在靜止條 件下得到這些參數(shù)，流量系數(shù)是通過(guò)流量，壓力，溫度計(jì)算得到，所以我選擇流量系數(shù)作為 衡量不轉(zhuǎn)動(dòng)法的準(zhǔn)確度的參數(shù)，目的就是說(shuō)明這種方法準(zhǔn)確度高，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要得到各種 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的流量系數(shù)及壓力和溫度分布，可以用這種方法
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1進(jìn)氣速度矢量圖 [0035]圖2不轉(zhuǎn)動(dòng)法進(jìn)氣示意圖 [0036]圖3不轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)點(diǎn)示意圖 [00 37]圖4不轉(zhuǎn)動(dòng)法實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖 [0038]圖5預(yù)旋噴嘴整環(huán)結(jié)構(gòu)圖 [0039]圖6軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔整環(huán)結(jié)構(gòu)圖
[0040] 圖中：
[0041] 1-軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔 2-孔外固體 3-預(yù)旋噴嘴 4 一噴嘴外固體
[0042] 5-預(yù)旋噴嘴進(jìn)口 6-預(yù)旋噴嘴出口 7-軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口
[0043] V來(lái)流絕對(duì)速度％來(lái)流速度V的周向分量￥2來(lái)流速度V的軸向分量
[0044] U孔及孔外固體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度W來(lái)流相對(duì)速度θ〇預(yù)旋角
[0045] Θ氣流絕對(duì)進(jìn)氣角度氣流相對(duì)進(jìn)氣角度/實(shí)際流量
【具體實(shí)施方式】
[0046] 不轉(zhuǎn)動(dòng)法的基本思想是根據(jù)流動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)性，采用固體不動(dòng)，流體氣體，即發(fā) 動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)里面的空氣相對(duì)流動(dòng)的方法。首先將進(jìn)氣氣流的絕對(duì)進(jìn)氣角度轉(zhuǎn)化為相對(duì)進(jìn) 氣角度，（實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)工況由進(jìn)氣流量，進(jìn)氣絕對(duì)角度;進(jìn)氣相對(duì)總溫，孔出口靜壓確定），其次 將軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔變?yōu)殪o止孔，不給轉(zhuǎn)速。逆著流動(dòng)方向，在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔前設(shè)置預(yù)旋噴嘴，預(yù)旋 角按照氣流相對(duì)進(jìn)氣角度給定，使氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴預(yù)旋后再進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔，最后，在預(yù) 旋噴嘴的進(jìn)口設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，通過(guò)熱電偶對(duì)預(yù)旋噴嘴入口絕對(duì)總溫進(jìn)行測(cè)量，預(yù)旋噴嘴的 出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口設(shè)置靜壓測(cè)點(diǎn)，通過(guò)引壓管連接到差壓表等壓力測(cè)量?jī)x表對(duì)預(yù)旋 噴嘴出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口靜壓進(jìn)行測(cè)量，溫度可以用熱電偶進(jìn)行測(cè)量，直接將熱電偶粘 在噴嘴進(jìn)口，引出補(bǔ)償導(dǎo)線到采集板卡就能對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。靜壓是在噴嘴出口和孔出口 附近固體打靜壓孔，通過(guò)引壓管連接到壓力表或者差壓表進(jìn)行測(cè)量，從而得到通過(guò)孔的理 想流量，最后對(duì)通過(guò)孔的流量收集進(jìn)行測(cè)量，得到通過(guò)孔的實(shí)際流量，從而得到流量系數(shù)。 第一外環(huán)體4和第二外環(huán)體2為圓環(huán)形;若干所述預(yù)旋噴嘴3位于第一外環(huán)體4內(nèi)，且在第一 外環(huán)體4內(nèi)進(jìn)行周向均布;預(yù)旋噴嘴3開有通孔，且通孔軸線與第一外環(huán)體4的軸線不平行； 若干所述軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔在第二外環(huán)體2內(nèi)周向均布，且軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的軸線與第二外環(huán)體2的軸 線平行，預(yù)旋噴嘴3和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的數(shù)量、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和軸向橫截面積相同；且預(yù)旋噴嘴3和軸 向轉(zhuǎn)動(dòng)孔為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴3的通孔預(yù)旋后，進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔。不轉(zhuǎn)動(dòng) 法通過(guò)預(yù)旋噴嘴給定氣流的相對(duì)進(jìn)氣角度，模擬軸向孔轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的進(jìn)氣方向，并保證孔進(jìn)口 氣流絕對(duì)總溫與實(shí)際工況的相對(duì)總溫相同，孔出口的靜壓相同，使實(shí)驗(yàn)在相同壓比下進(jìn)行， 也就是說(shuō)，不轉(zhuǎn)動(dòng)法與實(shí)際工況的相對(duì)進(jìn)氣角度、進(jìn)氣溫度和流量以及出口靜壓都是相同 的。
[0047]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0048] 實(shí)施例1:
[0049] 結(jié)合附圖1，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔1位于轉(zhuǎn)動(dòng)件上，與孔外固體2以相同轉(zhuǎn)動(dòng)速度U繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)，氣流以絕對(duì)進(jìn)氣角度Θ進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔1，而對(duì)于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔實(shí)際感受到的是相對(duì)進(jìn) 氣角度I，相對(duì)進(jìn)氣角度可以由下式確定：
[0050] &r =arctan[(r,
[0051 ]通過(guò)上式將絕對(duì)進(jìn)氣角度轉(zhuǎn)化為相對(duì)進(jìn)氣角度。
[0052] 結(jié)合附圖2，將軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔1變?yōu)殪o止孔，不給轉(zhuǎn)速U。逆著流動(dòng)方向，在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔 1前設(shè)置預(yù)旋噴嘴3,使氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴預(yù)旋后再進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔，預(yù)旋角按照氣流相對(duì) 進(jìn)氣角度給定：
[0053] θ〇 = 90°-θΓ
[0054] 結(jié)合附圖2,5,使用孔型預(yù)旋噴嘴對(duì)進(jìn)氣氣流進(jìn)行預(yù)旋，改變進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的氣 流方向，為了保證進(jìn)入孔氣流的方向和均勻性，預(yù)旋噴嘴長(zhǎng)度與直徑Lo/Do選用在4~5之間 長(zhǎng)徑比，如果使用其他高性能的預(yù)旋噴嘴，如葉片式預(yù)旋噴嘴，長(zhǎng)徑比沒有特殊要求。
[0055] 結(jié)合附圖3,4,6,在預(yù)旋噴嘴進(jìn)口5設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，用熱電偶來(lái)測(cè)量進(jìn)入孔1氣流的 絕對(duì)總溫％。需要說(shuō)明的是，在第二外環(huán)體2與軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔以相同速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，孔進(jìn)口氣流 溫度為相對(duì)總溫，當(dāng)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔處于靜止時(shí)，孔進(jìn)口氣流溫度為絕對(duì)總溫。（在預(yù)旋噴嘴3的 出口6和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔1的出口7設(shè)置靜壓測(cè)點(diǎn)，通過(guò)引壓管連接到差壓表等壓力測(cè)量?jī)x表對(duì) 預(yù)旋噴嘴出口靜壓丹和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口靜壓P 2進(jìn)行測(cè)量。在使用不轉(zhuǎn)動(dòng)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò) 調(diào)節(jié)氣源的壓力和進(jìn)氣閥門的開度控制進(jìn)氣氣流的流量和壓力，調(diào)節(jié)加熱器的功率控制進(jìn) 氣氣流的流量，并保證預(yù)旋噴嘴進(jìn)口 5的絕對(duì)總溫與相應(yīng)實(shí)際工況進(jìn)氣氣流的相對(duì)總溫相 同，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口7的靜壓與相應(yīng)實(shí)際工況的靜壓相同，通過(guò)孔的流量與相應(yīng)實(shí)際工況 相同。
[0056]預(yù)旋噴嘴3出口氣流，即進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔氣流的周向速度K和軸向速度^由下式計(jì) 算：
[0059]其中Αο為預(yù)旋噴嘴出口軸向橫截面積，Ρ為氣流密度。
[0060] 進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔1氣流的總壓C由下式計(jì)算：
[0063] 其中7Τ為預(yù)旋噴嘴進(jìn)口測(cè)得的絕對(duì)總溫，Pi為預(yù)旋噴嘴出口測(cè)得的靜壓，cP為氣流 定壓比熱，γ為氣流比熱比。
[0064] 最后通過(guò)不轉(zhuǎn)動(dòng)法可以得到通過(guò)孔的流量系數(shù)，如下式所示：
[0066]其中為為理想條件下通過(guò)孔的理論流量，內(nèi)為孔出口測(cè)得的靜壓，Α為孔橫截面 積，Rg為氣體常數(shù)。
[0067] 實(shí)施例2:
[0068 ]在同一轉(zhuǎn)動(dòng)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，對(duì)比不轉(zhuǎn)動(dòng)法和實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)工況流量系數(shù)的偏差： 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:孔半徑位置R = 170.7，孔長(zhǎng)L = 10mm，孔直徑D = 6.5mm，軸向轉(zhuǎn)動(dòng) 孔整環(huán)數(shù)目為N = 60。預(yù)旋噴嘴與軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔半徑位置相同，整環(huán)數(shù)目相同，出口截面積與 孔截面積相同，預(yù)旋角由相對(duì)進(jìn)氣角度確定。
[0069]下表給出了不轉(zhuǎn)動(dòng)法的實(shí)驗(yàn)工況，并通過(guò)CH)數(shù)值模擬得到不同相對(duì)進(jìn)氣角度下， 不轉(zhuǎn)動(dòng)法得到的流量系數(shù)和實(shí)際流量系數(shù)的對(duì)比。從表中可以看出，不轉(zhuǎn)動(dòng)法得到的流量 系數(shù)與實(shí)際流量系數(shù)的偏差最大僅有3.54%?？梢钥闯觯晦D(zhuǎn)動(dòng)法的準(zhǔn)確度很高，在工程應(yīng) 用上很有實(shí)用價(jià)值。

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的裝置，其特征在于，包括預(yù)旋噴嘴(3)和第一外 環(huán)體(4);預(yù)旋噴嘴(3)在第一外環(huán)體(4)內(nèi)周向均布，預(yù)旋噴嘴(3)開有通孔，且通孔軸線與 第一外環(huán)體(4)的軸線存在夾角;氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴(3)的通孔預(yù)旋后，進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔。2、 一種基于上述裝置對(duì)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔流量系數(shù)測(cè)量的不轉(zhuǎn)動(dòng)法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟一:將絕對(duì)進(jìn)氣角度轉(zhuǎn)換為相對(duì)進(jìn)氣角度； 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔（1)與第二外環(huán)體（2) W相同速度進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣氣流與軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔 (1)的軸線形成絕對(duì)進(jìn)氣角度Θ;將Θ轉(zhuǎn)換為相對(duì)于第二外環(huán)體(2)的相對(duì)進(jìn)氣角度θτ，公式 為其中，1^為來(lái)流速度￥的周向分量，1]為軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔與第二固體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，￥3為來(lái)流速 度V的軸向分量； 步驟二:預(yù)旋噴嘴W及預(yù)旋角的設(shè)定； 停止第二固體和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔靜止;在軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔前設(shè)置預(yù)旋 噴嘴，使進(jìn)氣氣流通過(guò)預(yù)旋噴嘴預(yù)旋后再進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔;預(yù)旋噴嘴中的預(yù)旋角計(jì)算如下： 目0 = 90° -目r 步驟Ξ:實(shí)驗(yàn)工況調(diào)節(jié)和溫度、壓力、流量的測(cè)量； 在預(yù)旋噴嘴進(jìn)口處設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，通過(guò)熱電偶測(cè)量進(jìn)氣氣流的絕對(duì)總溫;在預(yù)旋噴嘴 的出口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口處均設(shè)置靜壓測(cè)點(diǎn)，通過(guò)差壓表等壓力測(cè)量?jī)x表對(duì)預(yù)旋噴嘴出 口和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔出口靜壓進(jìn)行測(cè)量;進(jìn)氣氣流通過(guò)孔后進(jìn)入流量計(jì)，對(duì)氣流的流量進(jìn)行測(cè) 量； 通過(guò)調(diào)節(jié)氣源的壓力和進(jìn)氣閥口的開度控制進(jìn)氣氣流的流量和壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器 的功率控制進(jìn)氣氣流的溫度，從而保證進(jìn)氣氣流的絕對(duì)總溫與相應(yīng)實(shí)際工況進(jìn)氣氣流的相 對(duì)總溫相同；軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的出口的靜壓與相應(yīng)實(shí)際工況的靜壓相同，通過(guò)孔的流量與相應(yīng) 實(shí)際工況相同。 步驟四：流量系數(shù)計(jì)算； 通過(guò)步驟二確定的預(yù)旋角θ〇和步驟Ξ測(cè)量得到氣流的流量啼W,,。,，計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔 氣流的周向速度和軸向速度Vz，如下式：其中Ao為預(yù)旋噴嘴出口軸向橫截面積，P為氣流密度； 通過(guò)步驟Ξ測(cè)量得到為預(yù)旋噴嘴進(jìn)口絕對(duì)總溫町，計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔氣流的靜溫Τι， 由下式確定：其中Cp為氣流定壓比熱； 通過(guò)步驟Ξ測(cè)量得到預(yù)旋噴嘴出口靜壓Pi，計(jì)算進(jìn)入軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔氣流的總壓if，由下式 確定：其中丫為氣流比熱比； 最后由進(jìn)氣氣流的總溫冷，總壓if和孔出口測(cè)得的靜壓P2,計(jì)算軸向轉(zhuǎn)動(dòng)孔的流量系 數(shù)，由下式確定：其中Rg為氣體常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK106092538SQ201610431426
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】劉高文, 牛嘉嘉, 李伯, 孫科, 葉丹, 吳衡, 劉育心, 馮磊
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)