叶轮机械复杂流动的PIV应用研究

　　1前言

　　当前，叶轮机械内流的研究已经深入到非定常阶段，进一步探索转子内湍流、旋涡和激波的瞬态结构和非定常流动机制，以及它们之间、它们与主流和叶片间的非定常相互作用，研究其各种影响因素和有效控制措施，成为进一步提高叶轮机械气动性能的关键性基础研究11，2]。

　　数字式PIV(partieleIm鳍eVeloe汕etry)的出现，为解决叶轮机械等复杂系统的非定常流瞬态场的测量奠定了坚实的基础。目 前，PIV技术已在世界范围内获得了普遍应用，已成为研究非定常复杂流动的新的先进实验手段降41。由于叶轮机械的复杂性，直到最近几年国外才开始将二维 PW技术，成功应用于跨音压气机和涡轮实验台[s，61。M.P.wernet于1997年，在NASALewis中心的跨音压气机实验台上，对设计转速 为17188r/min、流量为20·19kg/s单级跨音压气机转子的70%叶高处的流场进行了成功测量[sl。本文进一步发展了叶轮机械等复杂内流系 统适用的数字式PW技术，并在高速压气机实验台上，对一小展弦比高负荷跨音风扇转子尖部和通道中部的非定常瞬态流场进行了成功测量.

　　2实验装置和实验方案

　　该实验是在北京航空航天大学的航空发动机气动热力重点实验室的单/双级跨音速压气机实验台上进行的。

　　2.1实验装里

　　实验转子的进口外径为440~，转子叶片展弦比为0.810，转子进口轮毅比为0.413，设计转速为2150or/而n，级总增压比为2.203，级绝热效率为0.868，质量流量为25.0kg/s，功率为2112.4kw.

　　本实验所用的数字式PW系统是从美国Tsl公司引进的，其光源采用了一体化脉冲式双Nd:YAG激光器，工作频率为10Hz，每个脉冲能量为200mJ.所用的互相关CCD的分辨率为1Kx1K像素，采集速度为30帧/秒，两祯最小时间间隔为0.6微秒.

　　2.2实验方案

　　最终确定的实验装置布置方案如图1所示.在本次实验中，使用了导光筒将激光引入压气机机匣之内，并形成片光，照亮测量截面，但没有为导光筒重新 在机匣上开安装孔，而是直接利用了2个原有的气动探针安装孔。一个是位于机匣视窗正前方的A孔，另一个是沿周向相对于A孔顺时针方向偏转了30度的B孔。 在叶轮机械内流PIV测量中，机匣视窗是另一个关键性光学部件，它不但关系到测量结果的精度，而且与实验台的安全密切相关.由于所测量的跨音转子的流量很 高，因此成功地将示踪粒子均匀散播到测量区域有相当大的困难.经过研究和实验，最终的示踪粒子是从压气机实验台的唇口处施放的，主要是为了使示踪粒子能够 扩散均匀，充分覆盖转子叶尖的强旋涡流场。