流场显示实验_贾林江.pdf

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1、北京航空航天大学能源与动力工程学院专业综合实验报告班级100415学号10041152姓名贾林江评分实验名称：涡轮叶栅流场显示实验实验日期一、实验目的1、熟悉流动显示的实验方法，掌握通过实验观察来帮助认识流动机理这一重要的科研方法；2、认识涡轮叶栅内复杂的非定常流动现象。二、实验内容1、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下中间叶高通道内的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅压力面、吸力面附近以及通道中部的流动特点；2、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角

2、情况下中间叶高叶片尾迹的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶片尾迹的流动特点；3、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁区二次流的非定常流场，认识不同攻角下涡轮叶栅端壁区前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点；4、在水槽中，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在－20°、0°、20°不同攻角情况下涡轮端壁泄漏流的非定常流场，认识涡轮叶栅存在叶尖径向间隙后不同攻角下叶栅端壁泄漏流、泄漏涡、前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动

3、等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点，帮助理解涡轮内的流动现象。三、实验设备1、回流式水槽1图4.2水槽平面图水槽为上下循环的闭式结构，全长6.8米，分为四个部分：加速段，回流段，整流段和实验段。其中水槽上层工作段长3000mm，宽700mm，高550mm；实验段长1000mm，宽700mm，高500mm（约数，视水位而定）。水槽以叶轮机驱动水循环，来流速度在0～0.12m/s内连续可调。2、电机电源及调压器3、电解电源4、电解电极实验中利用铂丝或铜丝作为阴极，石墨作为阳极。阴极布置在被观察流场的上游，阳极则置于下游被观察流场之后的水中。5、光

4、源用灯光照亮被测流场中需要观察的区域，其余部分应尽量保持黑暗，以免影响观测效果。最好采用片光源。本实验采用便携式冷光手电两支，灯泡为25V冷光灯泡，并分别以灯架支撑。6、涡轮叶栅模型涡轮叶栅模型由四片有机玻璃叶片组成，叶片弦长104mm，叶片弯角66°，相对栅距0.78，展弦比1.101。弦长雷诺数约为11000。四、实验步骤1、选择合适位置放置铂丝，连接信号发生器（注意电源正负极）2、放置实验件3、依次打开稳压电源（12－14伏）和信号发生器24、打开光源（要同铂丝同等高度，注意保持水平），对准实验段5、观测流动现象，进行实验6、依次关闭稳压电源

5、、信号发生器和光源。五、实验结果与分析在试验中观察到了涡轮叶栅压力面、吸力面及通道中部、尾迹区的流动特点与二次流、泄露流的相互作用、影响的非定常特点。分析原因如下：叶背分离：在逆压梯度下，叶背附面层分离泄露流：叶背静压低于叶盆静压，导致叶盆高静压气流经叶尖潜流至叶背，产生泄漏涡通道涡：叶盆高静压气流经过轮毂环壁的附面层流向叶背并卷起通道涡，通道涡总是成对出现尾迹及尾迹回流区：上下表面附面层在后续会和而形成尾迹，在后续汇合处叶盆附面层产生一个低压区，气流通过压力梯度卷回此低压区，从而产生尾迹回流区。六、思考题涡轮叶栅存在与不存在径向间隙时，端壁区流动

6、有何差别?会对涡轮的性能有何影响？答：当涡轮叶栅不存在径向间隙时，端壁区流动不产生泄漏涡及回流、潜流，降低了涡轮流动损失，提高了涡轮效率。3