刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统及方法技术方案

本发明专利技术为刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，包括：气源供气系统，用于供气；可视离子产生捕捉系统；实验段，与气源供气系统相连通；其中，实验段内设有沿径向设置的导光光纤；导光光纤的端部设有蓝色冷光源，另一端进行涂黑；实验段在烟气流经导光光纤的前段设有前压力传感器，在流经导光光纤的后段设有后压力传感器；可视离子产生捕捉系统包括可视离子产生捕捉控制器、油泵、毛细管、高速高清相机、油箱；油泵与毛细管、油箱相连，并向毛细管供油，油液通过毛细管的小孔渗出；可视离子产生捕捉控制器与毛细管相连接，通过施加电流使毛细管上均布的油液产生烟；烟线随微气流而流动经过导光光纤，高速高清相机用于捕捉烟线轨迹。轨迹。轨迹。

【技术实现步骤摘要】
刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体涉及刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统及方法。

技术介绍

[0002]航空发动机性能的提高离不开先进的密封技术，良好的密封技术可以提高发动机推力1.5％左右。随着航空发动机的发展，密封技术也有篦齿式密封逐步发展为刷式、石墨密封等先进的技术。因此对密封技术的研究也逐步深入，寻求最佳的结构参数，适应更加复杂的发动机工作状态。目前对刷式密封的刷丝间的微流动研究也随着PIV技术的深入开展起来了，尤其是Micro
‑
PIV技术的的发展，具有显微功能的激光显示技术的应用，使刷丝间的气流的微流动实验研究成为可能。该技术把示踪离子掺杂到气流中，使用激光捕捉到示踪离子的运动轨迹。另外也可以通过计算机模拟软件对刷丝间的流动进行模拟计算研究。
[0003]航空发动机刷式密封刷丝间的微流动流动显示技术目前使用Micro
‑
PIV技术成本太高，单独一个Micro
‑
PIV设备一般造价在400万左右，加上其他配套设施，该实验研究基本不能达到多方位的开展，限制了刷丝类微流动研究的发展。
[0004]目前PIV使用的荧光示踪离子一般对身体有害，而且一般直接排空，对实验人员有吸入的危险。示踪离子的掺入空气的浓度也需要根据空气的流量进行实施调节，因此对于变压力变流量的实验掺入示踪离子的浓度需要进行预标定，实验繁琐，不易被操作和掌握，需要经验丰富的实验人员经过数次才能找到最佳离子浓度。另外示踪离子的加入是不是与空气介质的物理运动特性达到相同或相近需要提前进行验证也是比较麻烦的，极易改变空气介质的流动状态。
[0005]PIV为流动显示技术需要对拍照的流场进行后处理，后处理任务繁重，而且不易被掌握，需要非常专业的人员进行操作。
[0006]计算机模拟类的流动显示技术比较理想化，化简了许多流动中非线性问题，与实际差距较大，过于理想化。
[0007]目前现有的烟线装置，烟产生依靠人工刷油或者是油壶自由滴落，造成油在发烟丝上的分布不均匀，产生的烟线粗细不均，而且容易出现断断续续的烟线，造成捕捉的烟离子流动轨迹不清楚或不连续，为分析流动机理造成困难。
[0008]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出一种刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统及方法，以解决上述提到到的技术问题。
[0010]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0011]在本公开的一方面，公开了一种刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，包括：
[0012]气源供气系统，用于供气；
[0013]可视离子产生捕捉系统，用于产生和捕捉可视化的烟线，烟线随微气流而流动；
[0014]实验段，与所述气源供气系统相连通；
[0015]其中，所述实验段内设有沿径向设置的导光光纤；
[0016]所述导光光纤的端部设有蓝色冷光源，另一端进行涂黑；
[0017]所述实验段在烟气流经所述导光光纤的前段设有前压力传感器，在流经所述导光光纤的后段设有后压力传感器；
[0018]所述可视离子产生捕捉系统包括可视离子产生捕捉控制器、油泵、毛细管、高速高清相机、油箱；
[0019]所述油泵与所述毛细管、所述油箱相连，并向所述毛细管供油，油液通过所述毛细管的小孔渗出；
[0020]所述可视离子产生捕捉控制器与所述毛细管相连接，通过施加电流使所述毛细管上均布的油液产生烟；
[0021]烟线随微气流而流动经过所述导光光纤，所述高速高清相机用于捕捉烟线轨迹。
[0022]进一步地，所述气源供气系统包括空压机组、储气罐、调压阀；
[0023]所述空压机组对所述储气罐冲压打气；
[0024]所述调压阀可调节所述储气罐的出气压力。
[0025]进一步地，所述实验段与所述储气罐之间设有管道、转接段以及扩压段。
[0026]进一步地，所述实验段设有压力平衡网和气流平直蜂窝；
[0027]气流先经过所述压力平衡网和所述气流平直蜂窝，再经过所述毛细管。
[0028]进一步地，所述油泵与所述毛细管之间设有进油胶管。
[0029]进一步地，所述进油胶管还连接有回油管，所述回油管另一端伸向所述油箱。
[0030]进一步地，所述实验段的顶板由光学玻璃构成。
[0031]在本公开的另一方面，公开了一种刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一，组合制作部件装置，并按实验要求进行分系统调试；
[0033]步骤二，进行总体连接调试；
[0034]步骤三，开始正式实验准备，制定实验大纲和实验计划、技术要求；
[0035]步骤四，开始实验，按照实验大纲，安装刷丝密度为100的实验段，刷丝前压力设定为P1，待压力稳定后，打开可视离子产生捕捉控制器进行实验；测量刷丝前后的实际静压并做好记录；
[0036]步骤五，改变刷丝前压力为P2、P3、P4、P5，重复步骤四，至少完成五个压力的数据测量；
[0037]步骤六，更换刷丝密度不同的实验段，重复步骤四、步骤五，完成所有刷丝密度的实验测量；
[0038]步骤七，处理数据，定义压力损失系数为κ：κ＝(P
q
‑
P
h
)/P
q
，式中P
q
为刷丝前静压，P
h
为刷丝后静压力；可以得到相同刷丝密度下损失系数随刷丝前压力变化的函数关系，不同刷丝密度相同刷丝前压力时，损失系数随刷丝密度和压力的变化函数关系；并得到对应工况下刷丝间的微流动机理，从而实现定性和定量的多维分析，从而获得性能更加优良刷丝
密封结构。
[0039]进一步地，步骤一中，分系统调试包括：
[0040]气源供气系统：包括空压机机组、储气罐、调压阀；对储气罐按设计压力进行打压充气，保持30分钟以上气罐压力无下降；
[0041]刷丝模拟调试：实际应用刷丝为金属刷丝，为保证流动可视化捕捉清晰的流动状态，实验采用玻璃导光光纤替代；直径与实际刷丝相同，并对刷丝密度进行定义；定义每平方厘米刷丝个数为刷丝密度，计为：n/cm2；刷丝模拟装置制作为整体式，分别制作刷丝密度为100、120、140、160、180、200的五个可以替换的刷丝模拟装置实验段；光纤刷丝的一端与蓝色冷光源相连，另一端使用黑色不透光漆封死；蓝色冷光源的亮度可以调节；打开蓝色冷光源，确保蓝光沿每一个光纤刷丝传播；
[0042]可视离子产生释放和捕捉系统调试：该系统是控制可视离子的产生，释放，并进行捕捉的自动化装置；单独调试每一个部件，油路系统：打开油泵，观察毛细金属多孔管表面是否有油滴产生，并记录从打开油泵到产生油滴的时间T
油
；打开毛细管加热调整加热电流，记录每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于，包括：气源供气系统，用于供气；可视离子产生捕捉系统，用于产生和捕捉可视化的烟线，烟线随微气流而流动；实验段，与所述气源供气系统相连通；其中，所述实验段内设有沿径向设置的导光光纤；所述导光光纤的端部设有蓝色冷光源，另一端进行涂黑；所述实验段在烟气流经所述导光光纤的前段设有前压力传感器，在流经所述导光光纤的后段设有后压力传感器；所述可视离子产生捕捉系统包括可视离子产生捕捉控制器、油泵、毛细管、高速高清相机、油箱；所述油泵与所述毛细管、所述油箱相连，并向所述毛细管供油，油液通过所述毛细管的小孔渗出；所述可视离子产生捕捉控制器与所述毛细管相连接，通过施加电流使所述毛细管上均布的油液产生烟；烟线随微气流而流动经过所述导光光纤，所述高速高清相机用于捕捉烟线轨迹。2.根据权利要求1所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述气源供气系统包括空压机组、储气罐、调压阀；所述空压机组对所述储气罐冲压打气；所述调压阀可调节所述储气罐的出气压力。3.根据权利要求2所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述实验段与所述储气罐之间设有管道、转接段以及扩压段。4.根据权利要求1所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述实验段设有压力平衡网和气流平直蜂窝；气流先经过所述压力平衡网和所述气流平直蜂窝，再经过所述毛细管。5.根据权利要求1所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述油泵与所述毛细管之间设有进油胶管。6.根据权利要求5所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述进油胶管还连接有回油管，所述回油管另一端伸向所述油箱。7.根据权利要求1所述的刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量系统，其特征在于：所述实验段的顶板由光学玻璃构成。8.刷式密封刷丝间微流动显示及压力损失测量方法，使用如权利要求1
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9任一项所述的测量系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，组合制作部件装置，并按实验要求进行分系统调试；
步骤二，进行总体连接调试；步骤三，开始正式实验准备，制定实验大纲和实验计划、技术要求；步骤四，开始实验，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘臣，赵宇，樊夕夕，饶向昌，代笑林，赵江山，
申请(专利权)人：江西中发天信航空发动机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：