一种跨音扇形叶栅实验台及来流均匀性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种跨音扇形叶栅实验台及跨音扇形叶栅入口来流均匀性控制方法，其中实验台包括：安装在风洞出口处的圆变圆段；从所述圆变圆段向后延伸且与之连通的圆变扇段；从所述圆变扇段向后延伸且与之连通的扇形直管段；从所述扇形直管段向斜后方延伸且与之连通的扇形斜管段，用于使轴向来流进行折转，且所述扇形斜管段中设置有至少一个导向叶栅；设置于所述扇形斜管段的出口处的扇形实验段，所述扇形实验段中设置有实验叶栅。本发明专利技术在收缩段后布置扇形直管段和扇形斜管段，从而得到实验叶栅所需来流方向的气流，并在扇形斜管段中加装至少一个导向叶栅，实现实验叶栅入口气流气动参数分布均匀。

A transonic fan cascade test rig and uniformity control method for incoming flow

The invention relates to a transonic fan-shaped cascade test bench and a method for controlling the uniformity of inflow at the entrance of a transonic fan-shaped cascade, wherein the test bench comprises: a circular section installed at the outlet of a wind tunnel; a circular section extending backward from the circular section and connected with the circular section; and a fan-shaped straight section extending backward from the circular section and connected with the circular section. A fan-shaped oblique pipe segment extending backward diagonally from the sector-shaped straight pipe segment and connected with the fan-shaped oblique pipe segment is used for turning the axial inflow, and at least one guide cascade is arranged in the sector-shaped oblique pipe segment, and a fan-shaped experimental section is arranged at the exit of the sector-shaped oblique pipe segment, and an experimental cascade is arranged in the sector-shaped experimental section. The fan-shaped straight pipe section and the fan-shaped oblique pipe section are arranged after the contraction section, so as to obtain the airflow in the inflow direction required by the experimental cascade, and at least one guide cascade is added in the fan-shaped oblique pipe section to realize the uniform distribution of the airflow parameters at the inlet of the experimental cascade.

【技术实现步骤摘要】
一种跨音扇形叶栅实验台及来流均匀性控制方法
本专利技术涉及扇形叶栅风洞实验的设备，尤其涉及一种跨音扇形叶栅实验台及跨音扇形叶栅入口来流均匀性控制方法。
技术介绍
叶轮机械扇形叶栅实验可以快捷、方便地获得三维叶片的基本流动现象。受到二维流动的限制，通过平面叶栅实验并不能得到叶轮机械内部复杂的三维流动特性。对叶轮机械进行整级实验可以得到完整、真实的流场，但是整级实验费用高昂，并且对流场细节的捕捉难度大。扇形叶栅实验可以获得真实的三维流场，以及叶栅通道内的径向压力梯度和径向二次流等复杂的流动现象。还可以节省实验成本，测量难度较低，因此得到广泛应用。传统的扇形叶栅实验台搭建方法是在风洞扇形出口后接扇形直管段，当实验段叶栅并非轴向进气时需要在扇形直段出口斜切出一定角度。这种方法思路简单，易于实现。但是斜切扇形直段会造成实验叶栅入口来流并不均匀，产生沿周向压力梯度，导致实验扇形叶栅周期性较差，传统方法已经不能满足实际需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对非轴向进气的扇形叶栅实验台的斜切段会造成实验叶栅入口来流不均匀的缺陷，提供一种跨音扇形叶栅实验台及跨音扇形叶栅入口来流均匀性控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种跨音扇形叶栅实验台，包括：安装在风洞出口处的圆变圆段；从所述圆变圆段向后延伸且与之连通的圆变扇段；从所述圆变扇段向后延伸且与之连通的扇形直管段；从所述扇形直管段向斜后方延伸且与之连通的扇形斜管段，用于使轴向来流进行折转，且所述扇形斜管段中设置有至少一个导向叶栅；设置于所述扇形斜管段的出口处的扇形实验段，所述扇形实验段中设置有实验叶栅。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述扇形斜管段上开设有叶型槽，所述导向叶栅插入所述叶型槽中固定。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述导向叶栅为对称叶型。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述扇形斜管段中设置的导向叶栅的位置满足以下公式：L1＝k1*L2；400％≤k1≤600％；其中，L1为导向叶栅距离扇形实验段中实验叶栅前缘的轴向距离，L2为扇形实验段中实验叶栅的轴向弦长，k1为预设的第一常数。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述扇形斜管段中设置的导向叶栅的数量满足以下公式：N1＝INT(N2*k2/4k1)；9≤k2≤10；其中，N1为扇形斜管段中设置的导向叶栅的数量，N2为扇形实验段中实验叶栅的数量，k2为预设的第二常数，INT()为取整函数。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述扇形斜管段中沿扇形截面等间隔设置3个导向叶栅。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述扇形斜管段的长度满足以下公式：L＝D*0.5；其中，L为扇形斜管段的长度，D为所述圆变圆段的入口处的圆形直径。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述导向叶栅的弦长与所述实验叶栅弦长相等。在根据本专利技术所述的跨音扇形叶栅实验台中，优选地，所述圆变圆段和圆变扇段均采用以下维氏曲线进行变换：其中：Hi为收缩段的进口截面宽度；H0为收缩段的出口截面宽度；h为轴向距离为x的截面宽度；L为收缩段长度。本专利技术还提供了一种跨音扇形叶栅入口来流均匀性控制方法，在风洞出口后依次安装圆变圆段、圆变扇段、扇形直管段、扇形斜管段和扇形实验段，并在所述扇形斜管段中设置有至少一个导向叶栅以控制扇形实验段中实验叶栅来流分布均匀。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：1、本专利技术在收缩段后布置扇形直管段和扇形斜管段，从而得到实验叶栅所需来流方向的气流，并在扇形斜管段中加装至少一个导向叶栅，实现实验叶栅入口气流气动参数分布均匀，解决了传统测量方式中的实验叶栅入口流场总压分布不均匀的问题；2、本专利技术可以通过开设叶型槽的方式在扇形斜管段中安装导向叶栅，其结构简单，安装方便；3、本专利技术可以采用吸力面和和压力面型线一致的导向叶栅，提高均流效果；4、本专利技术还对导向叶栅的安装位置及数量进行了研究，通过本专利技术公式计算出的安装位置和最佳导向叶栅数量，能够在保障均流效果的同时，降低使用的零件成本。附图说明图1为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台的立体图；图2为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台的左视图；图3为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台的俯视图；图4为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台中扇形斜管段的结构示意图；图5为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台中导向叶栅的水平截面示意图；图6为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台中实验叶栅的水平截面示意图；图7为维氏曲线变换示意图；图8为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台中导向叶栅的安装位置示意图；图9为非对向测量时预先获得的探针方向校正曲线；图10所示为非对向测量时预先获得的总压校正曲线；图11所示为非对向测量时预先获得的静压校正曲线；图12为对比实验台在马赫数为0.9的过渡段出口总压云图；图13为对比实验台在马赫数为0.9的过渡段出口转折角α云图；图14为对比实验台在马赫数为0.9的过渡段出口俯仰角β云图；图15为本专利技术实验台在马赫数为0.9的过渡段出口总压云图；图16为本专利技术实验台在马赫数为0.9的过渡段出口转折角α云图；图17为本专利技术实验台在马赫数为0.9的过渡段出口俯仰角β云图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1至图3，为根据本专利技术优选实施例的跨音扇形叶栅实验台的立体图、左视图和俯视图。如图所示，该优选实施例提供的跨音扇形叶栅实验台包括：圆变圆段1、圆变扇段2、扇形直管段3、扇形斜管段4和扇形实验段5。其中圆变圆段1和圆变扇段2为收缩段，圆变圆段1安装在风洞出口处，圆变扇段2从圆变圆段1向后延伸且与之连通。扇形直管段3和扇形斜管段4构成过渡段，且截面均呈扇形。其中扇形直管段3从圆变扇段2向后延伸且与之连通，扇形斜管段4从扇形直管段3向斜后方延伸且与之连通。扇形实验段5设置于扇形斜管段4的出口处，与之对接。扇形实验段5中设置有实验叶栅6。对于扇形的实验叶栅6而言，由于风洞出口为圆形，因此需要通过圆变圆段1、圆变扇段2、扇形直管段3与扇形斜管段4，共四段连接实验叶栅6与试验风洞。为了在扇形叶栅的吹风实验中，使实验叶栅7的入口来流均匀化，在圆变扇段2后设置了扇形直管段3和扇形斜管段4，其中扇形直管段3对气流起到稳压作用，扇形直管段3后连接的扇形斜管段4用于使轴向来流进行折转。如图所示，扇形直管段3和扇形斜管段4基本位于同一水平面内，且形成钝角，例如在水平面内呈145℃。进一步地，本专利技术的跨音扇形叶栅实验台，在扇形斜管段4中设置有至少一个导向叶栅7，使扇形斜管段4中的来流压力重新分布，从而实现实验叶栅6来流气动参数分布均匀。具体来讲，涡轮叶栅试验由大流量连续风机提供气源，气流由气源产生，经过通气管道到达风洞，当气流经过风洞的稳压段时，气流会变成压力、速度大小和方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，包括：安装在风洞出口处的圆变圆段；从所述圆变圆段向后延伸且与之连通的圆变扇段；从所述圆变扇段向后延伸且与之连通的扇形直管段；从所述扇形直管段向斜后方延伸且与之连通的扇形斜管段，用于使轴向来流进行折转，且所述扇形斜管段中设置有至少一个导向叶栅；设置于所述扇形斜管段的出口处的扇形实验段，所述扇形实验段中设置有实验叶栅。

【技术特征摘要】
1.一种跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，包括：安装在风洞出口处的圆变圆段；从所述圆变圆段向后延伸且与之连通的圆变扇段；从所述圆变扇段向后延伸且与之连通的扇形直管段；从所述扇形直管段向斜后方延伸且与之连通的扇形斜管段，用于使轴向来流进行折转，且所述扇形斜管段中设置有至少一个导向叶栅；设置于所述扇形斜管段的出口处的扇形实验段，所述扇形实验段中设置有实验叶栅。2.根据权利要求1所述的跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，所述扇形斜管段上开设有叶型槽，所述导向叶栅插入所述叶型槽中固定。3.根据权利要求1所述的跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，所述导向叶栅为对称叶型。4.根据权利要求1所述的跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，所述扇形斜管段中设置的导向叶栅的位置满足以下公式：L1＝k1*L2；400％≤k1≤600％；其中，L1为导向叶栅距离扇形实验段中实验叶栅前缘的轴向距离，L2为扇形实验段中实验叶栅的轴向弦长，k1为预设的第一常数。5.根据权利要求4所述的跨音扇形叶栅实验台，其特征在于，所述扇形斜管段中设置的导向叶栅的数量满足以下公式：N1＝INT(N2*k2/4k1)；9≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝，蔡乐，周逊，付海晏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23