实验四涡轮叶栅流场显示实验

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1、成绩北京航空航天大学叶轮机械原理实验报告学院能源与动力工程学院专业方向热能与动力工程班级学号学生姓名指导教师实验四涡轮叶栅流场显示实验4.1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。4.2实验内容1、在水槽屮，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在一20°、0。、20°不同攻角情况下屮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而、吸力而附近以及通道屮部的流动特点；2、在水槽屮，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在一20°、0。、20°不同攻角情况下中

2、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、在水槽屮，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在一20°、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、端壁附而层、叶背附而层、角区流动等以及它们相互作用、相互影响的非定常特点；4、在水槽屮，利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在一20°、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、叶背附而层、角区流动等以及它们相互作

3、用、相互影响的非定常特点，帮助理解涡轮内的流动现象。4.3氢气泡法流场显示方法氢气泡流动显示技术是近几十年发展起來的流动显示技术，跟随性好、分辨率高，既可作定性观察又能作定量测量，适用于湍流、旋涡等非定常流动和紊流脉动的研究。氢气泡法应用水的电解原理，在水中通上电流使其电解，在阴阳极分别产生氢气泡和氧气泡，由于阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，产生的氢气泡数量多，氢气泡的体积可以比氧气泡小得多，所以利用氢气泡作为示踪粒了来显示流场。用极细的导线作为阴极布置在被观察流场的上游，阳极则可以为任意形状置于下游被观察流场之后的水屮。由此可通过产生的氢气泡来显示流

4、场内的流动情况。阴极导线一般采用钳丝、餌丝、铜丝或不锈钢丝制作，为了避免对流场造成过大的影响，并使氢气泡尽可能小，其直径多为0」〜0.02mm,工作电压为10〜100V,产生的氢气泡直径约为金屈丝直径的一半。氢气泡随水流运动，如果用光源照亮被观测截面，则氢气泡呈现白色，便可以观察到水流中氢气泡的绕流情况，并可用于照相记录。图4—1是在水槽屮利用氢气泡法显示的涡轮平面叶栅在25。攻角下距端壁2%叶高的非定常流场。可以较清楚地观测到，前缘马蹄涡存在多涡结构，马蹄涡在压力而和吸力而的两个分支在叶栅通道端区发生相互干扰，压力面分支的涡脚可以作用在端区吸力面的后部，

5、发生涡一附而层干扰，叶栅通道内的端区流动呈现复杂的非定常性。图4—1涡轮平面叶栅25。攻和下距端壁2%叶高的非定常流场若将阴极金属丝垂宜布置于来流方向，并加上周期性脉冲电压，沿金属丝便周期性产生一排排氢气泡，其间隔宽度由脉冲间隔决定，而氢气泡线的宽度则由脉冲宽度决定，这就是所谓的氢气泡时间线法。它可以方便地显示局部速度剖面或边界层的速度型，可以作为定量分析，也可以用来定性的研究流场的不均匀度。木次实验是利用氢气泡法流场显示技术在水槽中显示涡轮叶栅内的复朵流动现象。4.3实验设备1、回流式水槽电机水便«+¥隔板回流段图4.2水槽平而图水槽为上下循环的闭式结构

6、，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）。水槽以叶轮机张动水循环，来流速度在0〜0.12m/s内连续可调。2、电机电源及调压器电机带动叶轮机转动，叶轮转动使水槽内水流循坏流动。通过调压器调节改变电机转速，进而改变流速。本实验所使用的直流电机采用的为北京市微电机总厂生产的SYL-50型永磁直流力矩电动机。其最大负载为30V,最大额定电流为2.8A,最大转速为140rpmo稳压电源：输出电压0〜50V,输出电流

7、0~5A。调压变压器：天津电子仪器厂生产的TDGC-0.5/0.5型调压变压器：最大容S0.5KV,频率为50Hz,最大电流为2A,调压范围为0〜25V。实验采用的电机电源控制屯压为15V,测得水的流速约为0.0993m/so3、电解电源电解电源输出高频脉冲电压，使水电解发泡。木实验采用天津电子仪器厂生产的XD5型超低频信号发生器作为电解电源，输出电压0〜100V,输出频率0〜lOOOHzo实验时根据需耍调节输出频率和电压值。4、电解电极实验中利用钠丝或铜丝作为阴极，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、光源用灯

8、光照亮被测流场中需要观察的区域，具余部分应尽量保持黑暗，以免影响观