叶轮机械内部流动测量及动静相互作用的实验研究进展

　　1　引言

　　叶轮机械广泛用于各个行业,提高叶轮机械 效率、降低能耗对国民经济发展具有重要意义。 由于叶轮机械内部流道形状复杂,加之静子元件 和转子元件相互作用,使得叶轮机械内部流动的 时间和空间结构很复杂。要提高叶轮机械性能, 关键是要深刻认识其内部的流动现象、流动结构 和能量损失机理。

　　实验研究是探索叶轮机械内部流动规律的重 要方法。研究叶轮机械内部流动所需实验装置复 杂庞大、试验成本较高、研制周期长,但是,要了解 基本流动过程、模化流动物理过程和发展相关的 设计计算方法,需要进行深入细致地实验研究;数 值模拟算法的可靠性、结果的准确性也迫切需要 实验提供大量客观、可靠的数据给予验证。长期 以来,有许多人进行了实验研究,并取得了令人振 奋的成果,尤其是随着测量技术的不断进步,叶轮 机械内部流动测量又有了很多新的进展。

　　2　LDV/L2FV的应用

叶轮机械的发展与测量技术的进步息息相 关,先进的叶轮机械需要更高的测试技术,而测试 技术的进步又推动了叶轮机械的发展。二十世纪 六、七十年代以来,随着光电技术的发展,激光测 速结合以计算机为核心的数据采集系统的应用, 使人们不必担心测试探头对流场产生干扰而影响 精度,研究范围也不再局限于叶轮总体性能参数 的测量,叶轮机械中气动和结构的相互作用、三维 流动、非稳态流动以及详细的结构动态分析方法 的研究等得以开展。激光测速仪主要包括激光多 普勒测速仪(LDV)和双焦距激光测速仪(L2FV), 这两种激光技术相互补充,共同发挥着作用。

　　激光多普勒测速LDV技术于1964年由Yeh 和Cummis首次提出,利用激光的多普勒效应测量 液体或固体速度具有非干扰性、不受流体介质成 分影响、能进行方向识别、测量范围宽以及精度高 等特点[1],比热线风速仪和比托管等测量仪器显 示出更大的优越性和可靠性。双焦距激光测速仪 L2FV由Thompson1968年给出其原理,Schodl1974 年首次应用于叶轮机械的测试中[2]。

　　Lennemann于1970年、Howard和Kittmer于 1975年开始对混流式叶轮中叶片表面的低能流 体在叶道中的流动作了初步研究[3、4],Eckardt于 1976年利用L2FV对高速径向出口叶轮内流道的 吸力面与轮盖附近的低能流体的旋涡发展给予了 验证[5]。Wisler和Mossy1973年首先将激光多普 勒测速仪LDV应用于叶轮机械内流的研究[6],并 发表了低速轴流风机主流速度的测量报告。 Walker和House1975年用LDV对跨音速轴流压缩 机进行了叶片间速度场的测量[7],Wisler于1977 年又对高速轴流风机中的风速和激波进行了研 究[8]。