叶轮机实验报告(4项)教程.doc

PAGE  PAGE 26 叶轮机械原理 教学实验指导书 北京航空航天大学 能源与动力工程学院流体机械系 二O一六年十二月 实验一 平面亚音扩压叶栅实验 1.1实验目的 1)通过实验使学生熟悉平面叶栅实验设备和实验方法； 2)作出叶栅攻角特性和叶片表面压力分布曲线； 3)了解平面叶栅实验在压气机气动设计中的作用和地位。 1.2实验内容 1.2.1平面叶栅的攻角特性 气流通过平面扩压叶栅后，其方向要发生转折，气流转折角为??。气流通过叶栅损失的大小可用损失系数来表示。??和随攻角i和来流马赫数M1而变化，它们都是i和M1的函数。低速叶栅吹风实验不考虑M1对叶栅性能的影响，只讨论??和随攻角i的变化。叶栅的攻角特性如图1示。 图 1.1 平面叶栅的攻角特性 由图1可以看出，当i增加时, ??开始直线上升，几乎不变。到某??攻角， ??达到最大值。攻角再提高，??下降很快，急剧增加，这时叶背气流发生严重分离。在很大的负攻角情况下，气流在叶盆分离。 ??的大小反映了叶栅的功增压能力,而的大小则反映了叶栅有效增压的程度, 表征气流流经平面叶栅发生的机械能损失，叶栅的效率和有直接关系。压气机设计取为叶栅名义工作点，把不同几何参数叶栅的名义工作点汇集在一起，即得到平面叶栅的额定特性线，这是压气机气动设计的依据。 1.2.2叶片表面压力分布 叶片表面压力分布以无因次压力系数表示 式中、分别为叶栅进口的总压和静压，P为叶片上任一点的静压。为正值说明叶片上某点的当地速度低于叶栅进口速度，为负值表明当地速度大于叶栅进口速度。 图 1.2 叶片表面压力分布 典型的叶片表面压力分布曲线如图2所示，横坐标为弦长百分比。 进行叶片表面压力分布实验时，只测量一个攻角(例如5?攻角)的叶片表面压力分布。同时，还可以改变几个攻角(-10?,10?,18?)，观察叶片表面压力分布变化情况，特别要注意大攻角时，叶片表面出现严重分离(失速)现象。当叶片表面出现分离时，分离点后叶栅不再增压，水排上指示水柱高度不变。 1.3实验设备 1.3.1叶栅风洞 图3表示平面叶栅实验设备示意图 图 1.3 平面叶栅实验设备示意图 叶栅实验由连续气源供气，气流经过扩压段减速扩压，稳定箱内安装了蜂窝器和阻尼网（钢网）,消除旋涡，使气流稳定均匀，再经过维他辛斯基曲线的收敛段，使稳定箱出来的气流均匀膨胀加速，造成叶栅进口截面各点压力、速度都相同的一股均匀气流进入叶栅。 叶栅实验段——由10个叶片组成一排叶栅，叶栅装在圆盘上，转动圆盘可以改变攻角。测量探针装在三自由度位移机构上。 1.3.2叶栅几何参数 实验选用C-4叶型 C-4叶型几何参数： 中弧线 圆弧半径r=138.60mm 弦长 b=60 mm 最大绕度 mm ， 距前缘距离 mm ， 最大厚度 mm ， 距前缘距离 mm ， 叶型弯度 叶型前缘角 叶型前缘角 叶栅几何参数： 叶型安装角 (与轴线夹角?) 栅距 mm 叶栅稠度 几何进口角 几何出口角 1.3.3测量探针 叶栅前用一支装在端壁上的总静压管，测量叶栅进口总压和静压。 叶栅出口用一支装在位移架上的 总、静、方向组合探针，测量叶栅出口、和。 在中间叶片内装了8根静压管测量叶片表面压力分布. 全部压力的数值在水排上显示(见图4) 图 1.4 指示压力的水排 1.3.4测温装置 在叶栅前装一支镍铬-康铜热电偶,通过UJ36直流电位差计测量出栅前的气流温度。 1.4实验步骤 1.4.1开车前的准备 在进行实验以前，同学们必须阅读实验说明书，明确实验目的、方法和步骤。 检查测量探针是否堵塞，然后把探针放在叶栅通道叶高中部，离叶栅前缘及后缘一个栅距位置上进行测量。为保证测准叶栅出口气流方向，还应检查叶栅出口探针是否对准零位。 转动圆盘，把叶栅转到实验的第一个功角位置。 参加实验者，明确分工，准备好记录纸和笔。 1.4.2开车 实验指导教师检查准备情况，符合要求后即可启动40千瓦罗茨鼓风机，气流连续不断进入叶栅风洞，这时将叶栅前探针调到对准气流方向，并固定紧。检查叶栅是否有漏气情况，叶栅工作正常方能读取数据. 1.4.3数据测量 叶栅工作正常后，即可读取数据，对给定攻角，记录叶栅前气流总压和静压。 测量叶栅出口气流总压,静压和方向 。转动探针,水排上指示方向管两孔液面高度相同时,才可以从位移机构的标尺上读取出口气流角 ,由于叶栅出口气流不均匀，沿栅距测量4个点取算术平均。 改变攻角