【技术实现步骤摘要】
本申请涉及流场测量系统，尤其涉及一种基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统。
技术介绍
1、燃气涡轮是航空发动机和地面燃气轮机的核心部件，其效率和功率的提高很大程度上依赖于涡轮前燃气温度的增加。目前涡轮前燃气温度远远高于叶片材料的耐热极限，高传热、低流阻、壁面温度分布均匀的冷却通道设计对提高涡轮效率至关重要。基本冷却方式的传统布局渐渐无法满足冷却要求，双层壁涡轮叶片由于其突出的冷却效率，在新一代燃气涡轮叶片中极具应用前景。参照图1和图2，在双层壁涡轮叶片中，冷却气从叶片内经射流孔01冲击进入两层壁间的冷却通道，通道中通常布置肋柱02等强化换热结构，之后经气膜孔03和后缘劈缝流出。冷却特性由叶片内部流动结构(即速度场分布)直接决定，因此，研究叶片内部精细化的三维流动特性对燃气涡轮叶片冷却结构的机理探寻和工程设计优化具有重要科学意义和工程应用价值。
2、双层壁叶片由于同时结合射流冲击、肋柱和气膜等多种内外冷却方式，整体结构复杂。相关的流场测量实验研究对象通常为简化的平板双层壁结构，简化的平板结构和全叶片模型差异较大，研究平板结构对于全叶片的冷却结构优化指导非常有限。此外，目前一般采用传统的粒子成像测速技术(piv)进行实验，该技术需要在流场中散布示踪粒子，激光照射粒子，相机在相邻很短的时间内记录粒子的位移，进而计算粒子所在位置处的流场速度。然而，该技术要求模型具有良好的透光性，双层壁结构复杂，即使是先进的三维体式piv技术，也会由于光的遮挡和折射等原因，只能得到局部区域某些平面内的二维速度分布，无法获得三维速度分布
3、现阶段适用于医学核磁共振成像技术的全叶片冷却流动测量平台，针对的是传统的涡轮叶片。参照图3，循环水系统包括两个回路，一路给主流供水，流经叶片外表面，一路给冷却剂供水，进入叶片内部，随后从叶片外表面的气膜孔流出，与主流汇合，一起回流至水箱。该方法的缺点是研究对象为传统叶片，没有针对新型双层壁叶片的全流场测量。
技术实现思路
1、本申请的实施例提供一种基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统及方法，可以安全有效且准确地获得不同几何特征的双层壁涡轮叶片在不同工况下的三维流场分布，从而为燃气涡轮叶片冷却结构的机理探寻和结构优化提供依据。
2、为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，包括水循环系统、核磁共振仪和设置在所述核磁共振仪的扫描台上的测试组件；所述测试组件包括依次密封连接的扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段；所述扩张段内设有阻尼网；所述测试段内设有所述双层壁涡轮叶片；所述扩张段与所述水循环系统的出口连通；所述出口段与所述水循环系统的入口连通；所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段均采用非铁磁性材料加工而成。
3、进一步地，所述水循环系统包括水箱和离心泵；所述水箱的入口通过第一管路连接所述测试组件的出口段；所述水箱的出口通过第二管路连接离心泵的入口；所述离心泵的出口通过第三管路连接所述测试组件的扩张段；所述第三管路上设有流量调节阀和流量计；所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路均为软管。
4、进一步地，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段均采用有机玻璃、树脂材料或非铁磁性的金属材料加工而成。
5、进一步地，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段上均设有连接法兰，相邻的两个连接法兰之间通过螺栓连接；所述螺栓采用尼龙螺栓或非铁磁性金属材料螺栓。
6、进一步地，所述测试段内还设有竖向设置的固定板，所述双层壁涡轮叶片连接在所述固定板上，所述固定板上设有进液口，循环水系统中的水可经进液口进入双层壁涡轮叶片内。
7、进一步地，所述基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统还包括数据采集系统，所述数据采集系统与所述核磁共振仪连接。
8、进一步地，所述核磁共振仪位于核磁共振房内，所述水箱、离心泵、流量调节阀、流量计和数据采集系统均位于所述核磁共振房外。
9、另一方面，本申请实施例还提供了一种基于上述mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统的测量方法，包括以下步骤：将双层壁涡轮叶片安装在测试段中；通过水循环系统给测试组件内充满静止状态的水，通过核磁共振仪对测试组件施加射频信号，并记录第一核磁共振信号，根据所述第一核磁共振信号得到所述双层壁涡轮叶片的每个位置处的氢原子核的初始相位；使测试组件内的水流动，并通过核磁共振仪对测试组件施加正负双向频率梯度磁场；待正负双向频率梯度磁场停止施加后，对测试组件施加射频信号，并记录对应的第二核磁共振信号，根据所述第二核磁共振信号得到所述双层壁涡轮叶片的三维速度流场流动后在每个位置处的氢原子核的第二相位；根据氢原子核的初始相位和氢原子核的第二相位，计算所述双层壁涡轮叶片的三维全流场速度。
10、本申请相比现有技术具有以下有益效果：
11、1、本申请实施例测量系统通过设置依次密封连接且采用非铁磁性材料加工而成的扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段组成的测试组件，既满足了核磁共振仪周围非铁性的要求，又保证了通道具有良好的密封性。
12、2、本申请实施例测量系统通过水循环系统为测试组件提供水流静止状态和水流流动状态两种工况，并通过核磁共振仪对测试组件施加磁场和射频信号，然后采集双层壁涡轮叶片中的氢原子核的初始相位和在三维速度流场流动后的第二相位，然后计算得到双层壁涡轮叶片的三维全流场速度，测量方法安全、高效、准确，为分析流动特性和冷却机理提供了有力支持。
13、3、本申请实施例测量系统通过短暂的施加正负双向频率梯度磁场，使得计算过程中可以将磁场的部分参数约掉，从而简化了计算过程。
14、4、本申请实施例测量系统可实现不同几何结构的双层壁叶片模型，在不同工况下的三维速度测量。
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1.一种基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，包括水循环系统、核磁共振仪和设置在所述核磁共振仪的扫描台上的测试组件；
2.根据权利要求1所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述水循环系统包括水箱和离心泵；所述水箱的入口通过第一管路连接所述测试组件的出口段；所述水箱的出口通过第二管路连接离心泵的入口；所述离心泵的出口通过第三管路连接所述测试组件的扩张段；所述第三管路上设有流量调节阀和流量计；所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路均为软管。
3.根据权利要求2所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段均采用有机玻璃、树脂材料或非铁磁性的金属材料加工而成。
4.根据权利要求3所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段上均设有连接法兰，相邻的两个连接法兰之间通过螺栓连接；所述螺栓采用尼龙螺栓或非铁磁性金属材料螺栓。
5.根据权利要求1所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维
6.根据权利要求1所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，还包括数据采集系统，所述数据采集系统与所述核磁共振仪连接。
7.根据权利要求6所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述核磁共振仪位于核磁共振房内，所述水箱、离心泵、流量调节阀、流量计和数据采集系统均位于所述核磁共振房外。
8.一种基于权利要求1～7任一所述的基于MRI的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，包括水循环系统、核磁共振仪和设置在所述核磁共振仪的扫描台上的测试组件；
2.根据权利要求1所述的基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述水循环系统包括水箱和离心泵；所述水箱的入口通过第一管路连接所述测试组件的出口段；所述水箱的出口通过第二管路连接离心泵的入口；所述离心泵的出口通过第三管路连接所述测试组件的扩张段；所述第三管路上设有流量调节阀和流量计；所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路均为软管。
3.根据权利要求2所述的基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段均采用有机玻璃、树脂材料或非铁磁性的金属材料加工而成。
4.根据权利要求3所述的基于mri的双层壁涡轮叶片三维全流场测量系统，其特征在于，所述扩张段、直段、收缩段、测试段和出口段...
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