速度梯度和近壁效应对压力探针测量误差的影响

通过模拟实验 ,分析了速度梯度和近壁效应对圆锥四孔压力探针测量误差的影响 ,通过量纲分析 ,导出速度梯度系数这一相似参数 ,用于研究梯度引起的测量误差。实验结果表明 ,横向、纵向梯度分别引起偏转角、俯仰角测量误差 ,梯度使气流方向测量值向负梯度方向偏转。速度梯度一般使静压测量值偏小 ,使总压测量值偏高。近壁引起的气流角和静压测量误差方向及大小 ,不仅和探针与壁面的相对位置有关 ,还和来流方向有关。近壁效应对总压测量影响不大。当探针头部中心距离超过二倍探头直径时 ,近壁效应的影响可以忽略。研究了近壁和梯度的综合对探针测量的影响 ,表明两者的影响不是简单的线性叠加。     

亚声速条件下总压探针临壁效应的数值研究

本文基于数值模拟的方法,研究了四种不同结构 (A型、B型、C型、D型)的总压探针在不同近壁距离条件下对流场及自身总压测量值造成的影响,并将数值模拟结果与文献实验结果对比。结果表明：相对近壁距离c/d越小,造成总压探针头部气流偏转角误差越大,总压探针的测量误差越大,总压损失系数最大值小于1%;当c/d>3,总压损失系数趋近于0,说明近壁距离大于3倍探针外径时临壁效应消失;在同一工况下,四种结构的总压探针测量值受到临壁效应的影响依次增大;被测流场流动均匀性减小,靠近总压探针支杆后方速度均匀度最小。     

基于四孔压力探针技术的涡轮转子出口流场测量

利用位移机构移动四孔压力探针,对小展弦比涡轮转子出口不同试验状态下的流场进行了测量.试验前对四孔压力探针进行了标定,试验中利用同步锁相技术进行数据采集,采用等相位平均法进行数据处理,再通过插值算法对探针压力数据做进一步处理,准确得到了转子出口具有周期特性的马赫数、偏转角、俯仰角、总压、静压、速度等流场参数.测量结果清楚表明:泄漏流区域的速度低,对应的相对总压小,损失大;间隙大时,泄漏流显著,导致气流亏转,对应的静压高,膨胀程度小于主流.     

智能型五孔压力探针测试仪的研制

介绍了一种用8098单片机处理不对向测量五孔压力探针信号的测试仪器，它可以直接用数码管显示所测空间流场的总压、静压、α角、β角、速度和各测孔压力值，由于采用了高精度的带温度补偿的压力传感器，前置放大器，提高了仪器的测量精度，该仪器输出有串口和并口，容易实现快速记录和与上位计算机通讯。本仪器可通过圆柱三孔压力探针及速度管对空间气流的α角、总压、静压和速度进行测量，所以该仪器是一台多功能的测试仪。     

高超声速风洞扩压器试验研究与分析

扩压器是高超声速风洞的关键部件,主要作用是提高出口气流的静压。在某高超声速风洞扩压器上布点测量壁面静压和近壁面皮托压力,并在出口布置尖劈测量出口气流参数,评估扩压器的性能。结果表明：扩压器内的核心流区由于存在逐步衰减的激波-膨胀波系,使气流出现“减速-加速-再减速-再加速”的流动过程;该扩压器能保证风洞正常启动以及试验段流场不受背压的影响;该扩压器的效率与国外类似风洞扩压器效率相当,前室总压较低时,扩压器能起到良好的减速增压的效果,前室总压较高时,扩压器增压效果不明显,扩压器出口气流马赫数偏高。     

叶片式预旋喷嘴出口流场实验研究

叶片式预旋喷嘴具有尺寸小,落后角大的特点。为了详细研究小尺寸预旋喷嘴的预旋性能,采用五孔探针对叶片式预旋喷嘴的出口流场进行了实验研究。测量了Ma=0.2,0.3时喷嘴出口的压力分布、速度分布和出口气流角度分布,实验获得了喷嘴的落后角和预旋效率,并进行了与实验工况相同的数值计算。通过实验获得的总压云图以及速度云图,可以发现叶片式预旋喷嘴的端壁二次流损失、尾迹损失严重,有明显的边界层分离现象。Ma=0.2时,喷嘴Re数为5.76×104,落后角2.84°,实验测得的预旋效率为0.73;Ma=0.3时,喷嘴Re数为1.06×105,预旋效率提高至0.77。实验模型端壁的影响使预旋效率实验结果偏低6.5%左右。数值结果与实验测得各参数符合较好:数值结果与测得的喷嘴出口截面平均总压、静压偏差在1%以内;出气速度、周向速度以及出气角度与实验结果偏差在4%以内。数值计算表明,叶片式预旋喷嘴的预旋效率基本不受压比影响,随Re数增大先增大后基本不变,最后基本稳定在0.85。     

一种测量跨声速多级压气机转子出口二维流场的方法

为了获得小型压气机设计所急需的关键流场信息,发展了一种基于圆柱单孔高频压力探针测量小型轴流压气机级间动态流场的测量方法.该探针测量原理基于圆柱绕流特性,借助高速锁相采集技术,利用旋转探针多角度法实现级间动态流场测量.采用插值和拟合对测量的数据进行处理,从而获得级间二维定常流场.误差分析表明,该探针测量精度较高,偏转角误差小于1.8 °,马赫数、总压和静压的极限误差分别为3.4％,0.94％和3％.将该高频探针应用于某小型跨声速3级轴流压气机,测量结果表明:85％叶高至机匣范围内,总压和马赫数明显要比叶根低得多,气流出现明显过转.这些测量结果为优化该压气机级间匹配指明了方向,验证了该高频压力探针测试技术的工程应用价值.     

单转子轴流压气机不同状态下进出口三维时均流场

用圆锥四孔高频压力探针测量了单转子轴流压气机不同流量状态下, 转子进出口三维时均流场。结果表明, 压气机转子进口流动沿周向呈现较强的周期性变化, 尤其在近失速状态, 叶片压力面侧总压和静压高, 吸力面侧总压和静压低, 而前缘附近轴向速度低、相对气流角大。      

速度梯度对圆柱探针测量的影响及修正

圆柱探针在测量有横向速度梯度的流场时,会得出偏离真实值的结果.通过数值与实验研究,发现此影响主要为对来流方向的测量偏差,与真实值的差异为向低速区的一个偏差角;另外一个影响是使测得的速度值偏大一点.通过详细的数值模拟得出了偏差角及速度大小与来流速度梯度之间的关系,并在实验中得到了验证.最后将此修正方法用于叶栅实验测量数据,得到了较好的修正效果.      

楔顶双孔探针测量跨声多级压气机转子出口三维动态流场的方法

发展了1种楔顶圆柱双孔高频压力探针测量三维动态流场的方法,并应用于某跨声速多级轴流压气机转子出口流场测量.该探针测量方法基于4孔针测量原理,通过旋转探针在3个角度测量的方法实现,并采用最小二乘拟合方法对探针气动校准数据进行处理,对拟合误差进行优化,得到最佳拟合阶次,进而获得精度较高的求解流场参数的近似函数.相比国内外同类探针,该楔顶圆柱双孔高频压力探针尺寸小、频响快、测量范围宽、测量精度高.借助高速锁相数据采集技术,利用该探针测量了某跨声速多级压气机转子出口三维动态流场,测量结果反映了该转子流动特征,提供了转子出口气流偏转角、俯仰角、总压、马赫数分布,并为优化压气机级间匹配指明了方向,为压气机流场诊断提供了一套行之有效的测量手段,验证了该高频压力探针测量技术的工程应用价值.      

五孔探针的标定技术

实验装置:标定风洞为一个抽吸式风洞,直径Φ100mm,精心设计制造的双曲螺线进气唇口能保证进气流场均匀。进气唇口外部加了一个整流网罩,以减小外部扰动对流场的影响。该风洞的Ma数范围为0.11～0.147。探针耙能在俯仰偏航和上下三个方向运动。而被标定的针头始终处于流场的同一点。相应的度量机构能够以较高的精度测出α,β的值的大小。该风洞流场的品质分别经总压探针、静压探针和热线校测过。      

进口速度畸变以及涵道比对波瓣混合器性能影响的试验研究

为了研究不同进口速度畸变以及涵道比对波瓣混合器性能的影响规律,以带进口畸变孔板的双涵道全环轴对称加力模型试验件为研究对象,采用五孔探针配合三维位移机构测量了不同涵道比下波瓣混合器后的三维流场。试验研究表明:随着波瓣混合器出口距离的增加,内外涵掺混速度先升高后降低,总压恢复系数逐渐降低,混合效率和推力增益逐渐升高;随着混合器涵道比的增加,流向涡及低温区域范围增大,混合均匀性下降,混合效率和总压恢复系数均降低;进口畸变峰值在上方时,气流加速掺混对推力增益有益,总压恢复系数更高,小涵道比混合效率更高;进口畸变峰值在下方时,扩压段壁面静压和中心锥锥体静压均较高。     

探针耙对跨声速环形涡轮叶栅流场的影响

采用数值模拟方法研究叶栅出口旋转总压探针耙对跨声速环形涡轮叶栅流场的影响,其中对比分析了探针耙在不同周向位置与无探针耙时的流场及叶栅性能参数。结果表明:常规总压探针耙会造成其相邻及上游叶栅通道流动减速、下游叶栅通道流动加速;探针耙尾缘燕尾型激波及其上游的正激波,与相临及下游叶片的尾缘燕尾型激波系互相干涉,形成了复杂的激波系和膨胀波系,造成相邻及上游若干叶栅通道堵塞,导致各叶片的载荷分布均不相同;叶栅各通道的叶片载荷、出口总压、端壁静压、出口气流角等参数偏离无探针耙情形,测得的叶栅出口流场与无探针耙时相差较大。     

90°圆截面弯管内三维紊流场实验研究

用CTA热线风速仪和五孔探针, 对一曲率直径比R_c/D=0.87, 直径D=280mm的90°圆截面弯管内部三维紊流流场进行了详细测量和分析。给出了不同雷诺数下弯管内不同截面上时均速度场、紊流动能、总压及静压沿曲率半径方向的分布。      

四种风洞收缩段流场特性对比

基于西北工业大学高亚声速平面叶栅风洞,测量了维氏收缩段的出口流场,发现其方向场品质较差,相比速度场和总压场,核心区沿周向减小了15%。对四种收缩段进行数值模拟后,对比了收缩段的出口核心区、均匀性及分离特性,发现维氏曲线在前部收缩,进口收缩过急引起旋涡,但出口稳流段较长,因此出口均匀性更好。双三次曲线在后部收缩,主流区顺压梯度更大,因此附面层更薄,气流偏角更小,分离特性更好,但出口过冲更大。现有维氏收缩段的三维结构在拓宽核心区同时对气流扰动较大,恶化速度场与方向场,气流偏角增加最大达43%。进口管径对双三次收缩段的流场特性影响不大。     

管道对进气道动态总压测量影响修正方法

进气道实验需要测量进气道出口截面的动态总压,当动态压力传感器与测点之间存在管道时,动态总压测量值与真值之间存在较大误差,进而会影响进气道出口截面湍流度的测量精度。通过在中国空气动力研究与发展中心涡轮动力模拟器校准箱的实验,系统地研究了管道对动态总压和湍流度测量的影响。实验结果表明:管道对动态总压和湍流度测量的影响非常严重,动态总压脉动量频域值可被放大10倍以上,湍流度可以放大2.8倍以上。基于修正耗散模型,通过实验结果对修正耗散模型进行了标定,并提出了动态总压管道影响修正方法,修正方法能够有效减小管道所引起的测量误差。      

探针支杆对压气机转子性能及流场影响的数值模拟研究

为了研究探针支杆对压气机转子性能及流场的影响,以低速轴流压气机单转子为研究对象,利用定常和非定常计算方法分析了在转子叶片上游50%弦长位置处安装探针支杆后转子整体性能及流场结构的变化。结果表明:支杆的存在会使压气机转子设计点静压升下降1.09%,损失增大8%;近失速点静压升下降0.8%,损失增大4.2%。同时支杆尾迹会周期性改变泄漏涡的形态与强度,不会改变泄漏涡破碎导致的泄漏涡脱落频率。支杆尾迹造成的非定常效应使叶尖区域局部总压升有所升高,在近失速工况下,总压升提高更显著。     

不同叶尖间隙下的涡轮转子出口 三维流场测量

采用圆锥四孔高频压力探针测量了某涡轮不同叶尖间隙下转子出口的三维时均流场.结果表明转子出口参数均呈现明显的周期特性.叶尖间隙对转子出口流动品质有较大影响;间隙大时,泄漏流显著,对应的机匣二次流动较弱;间隙小时,机匣附近的二次流动较强.泄漏流区域的速度低,对应的相对总压小,损失大;泄漏流导致气流亏转,对应的静压高,膨胀程度小于主流,增大间隙,膨胀比变小,涡轮做功能力下降.      

三维亚声速冲击射流流场的数值模拟

利用有限体积法对三维可压缩的N－S方程进行离散，对喷嘴的亚声速垂直冲击射流和斜冲击射流进行了数值模拟。网络的划分采用非结构性网络，湍流模型为RNGκ-ε湍流模型，在近壁处采用壁面函数进行修正，流场计算结果与实验值吻合一致。计算可得到垂直冲击流场结构的三个区域：自由射流、滞止区和壁面射流区域，并显示出垂直冲击点附近区域的卷吸回流、速度分布。冲击射流近壁处存在着回流现象，由于边界层流动和近壁回流引起距离固壁2D内的速度梯度变化较大。斜冲击在近壁处平行壁面速度的最大值，以及壁面上的总压最大值都偏离冲击点，并且相对应。     

横向气流对空心锥形喷雾液滴群的夹带特性

空心锥形喷雾与横向气流的掺混是强化气液掺混的一种重要方式,目前对这一过程尚缺乏深入研究。为了研究横向气流对空心锥形喷雾射流液滴群的夹带特性,采用PIV可视化技术对掺混流场进行测量。结果表明:空心锥形喷雾与横流的相互作用在气流流向方向上诱导出现明显的剪切层及不稳定涡结构,对雾化液滴的扩散产生重要影响并引起液滴在剪切层区域的富集。在分析横流雷诺数、喷雾液滴雷诺数与液滴数流率对掺混流场剪切层结构影响规律的基础上,基于量纲分析和回归分析方法,建立了空心锥形喷雾与横向气流掺混流场中剪切层轨迹线的无量纲预测关联式。