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直弯扩压叶栅内旋涡结构PIV研究

作　者: 孙卫亮
导　师: 宋彦萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: PIV 压气机叶栅弯曲叶片旋涡结构
分类号: TH824
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

粒子图像速度场仪(PIV)是一种瞬态、非接触、无扰动的全场光学测速系统,能够测量流场的瞬态速度场并在线显示。虽然这种技术的产生到现在仅仅只有二十多年的时间,但是PIV技术凭借其特有的优势已经被广泛应用于各种流场测量领域。随着PIV技术的逐渐成熟,其在叶轮机械领域内有着广泛应用前景。本文利用二维PIV技术研究了大正攻角情况下直、弯平面扩压叶栅内的内部流动结构。本文首先研究了应用PIV技术测量二维瞬态速度场必须解决的关键技术,如片光源的校准、双曝光时间间隔和实验所测速度的关系、示踪粒子的选取等问题。在此基础之上,应用二维PIV测量技术完成了直、弯扩压叶栅瞬态流场测量,得到了不同流面内速度场和涡量场的分布。在S1流面内主要测量了流道内和叶栅出口流场的流动,研究了不同叶高处流体的流动特点。S3流面沿流向共测量了15个截面,研究了不同叶栅内通道涡沿流向的变化情况。实验结果表明,在大正攻角情况下,直、弯扩压叶栅内的流动呈现很强的非定常性,同一位置不同时刻流场的流动特点差异较大。通过对实验数据的进一步处理,得到了部分流面内统计意义下的平均速度场和涡量场分布。直、弯叶栅中部靠近吸力面附近存在大面积的分离区,根部区域分离尺度小于中部。与直叶栅比,在“C”型压力分布作用下,正弯曲叶栅中部区域阻塞略微严重,但明显改善了根部区域的流动状况。此外,正弯曲叶栅内通道涡更加稳定。鉴于目前实验装置无法给出除速度及其推演量以外的流场参数,本文利用商业软件NUMECA对PIV实验条件下的直、弯叶栅进行了数值模拟。定常计算结果表明,由于吸力面附近低能流体的排挤作用,直、弯叶栅内通道涡涡核沿流向逐渐从吸力面偏向压力面侧。叶片正弯曲之后,其通道涡的起始位置比直叶栅提前,涡核更加紧凑。从出口总压损失系数分布看,正弯曲叶栅明显改善了根部区域的流动状况。

直弯扩压叶栅内旋涡结构PIV研究

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