[发明专利]一种关于旋转翼型设备的实验装置

说明书

本发明公开了一种关于旋转翼型设备的实验装置，该装置包括水箱、固定支架、旋转结构、主圆盘和可拆卸圆环；固定支架与水箱分离，旋转结构位于固定支架上；该实验装置能够针对翼型的旋转效应进行实验观察，对翼型旋转边界层的理论研究提供实验支持，对于基础理论研究十分有益。该实验装置可以通过调节电机转速来实现翼型在不同转速下的实验研究，可以根据研究需要更换不同的翼型，可根据不同实验研究需求调节翼型攻角与叶片旋转半径，可以调节改变上下圆盘的间距与圆盘直径，可以调节实验相关参数从而得到需要的不同流体雷诺数的实验环境。

技术领域

本发明属于旋转机械设备领域，涉及旋转机械叶片设计，具体涉及一种旋转翼型实验装置。

背景技术

作为通用机械的一种，旋转机械广泛的应用于钢铁、水泥、石油石化和建筑通风排水等行业，使用量巨大，同时也消耗着大量的能源。因此，提升旋转机械的效率能够获得非常可观的经济和社会效益。

对于叶轮内流动运动，采用旋转坐标系对研究是便利的。旋转坐标系与惯性存在关联，在定轴、定转速的基本方程中增加了科氏力项和向心加速度项。直接对叶轮进行整体研究，难度较大。

传统的研究方法往往是不考虑叶片旋转的作用与曲率的影响，采用平板近似方法得出叶片边界层。由于旋转机械叶片转速较高，不考虑旋转引起的科氏力与离心力会产生较大误差。但是由于旋转机械结构复杂，在整机设计中考虑叶片的旋转对叶片边界层的影响难度较大，并且相关的旋转边界层理论亦不成熟。为了得到较高的运行效率，现今的旋转机械大多采用翼型为叶片形状，而用于研究旋转翼型的实验装置在年内也几乎为空白。

当今社会，人们越来越重视节能减排，节约能源。旋转机械应用广泛，大量消耗能源，急需进行优化设计。传统的优化方法由于叶片边界层理论的缺乏具有较大的限制，新的优化方法必须得到理论支撑。数值计算的精度受湍流、转捩模型的制约，从基础领域研究进展来看，至少在短期内应该仍是比较难攻克的问题。因此，涉及具体工程应用时，实验验证具有重要性与必要性。

针对叶轮内流动运动的特点，旋转引起的科氏力与离心力的影响越来越被研究人员所重视。所以设计配套的关于旋转机械的实验装置十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有关于旋转机械的叶片研究技术的不足，设计一种旋转翼型实验装置，配合PIV技术，对翼型旋转边界层的理论研究提供实验支持。

本实验装置涉及的雷诺数Re为：

其中，ρ流体密度，由于此实验装置的研究范围属于不可压缩流体，因此ρ为恒值；v为流体速度。d为一特征长度，例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径，本实验中d为翼型弦长。μ为流体的动力黏性系数。雷诺数是判别流动特性的依据，例如在管流中，雷诺数小于2300的流动是层流，Re＝2300～4000为过渡状态，雷诺数大于4000时的是湍流。利用本实验装置可以在不同雷诺数情况下观察旋转中翼型周围的流体流动情况。

该装置通过调节机翼旋转速度与机翼旋转角度配合PIV技术，多角度对旋转翼型附近的流场进行观察研究，包括其边界层的研究。

一种关于旋转翼型设备的实验装置，包括水箱、固定支架、旋转结构、主圆盘和可拆卸圆环；固定支架与水箱分离，旋转结构位于固定支架上；

所述固定支架包括四根固定杆和四根支撑杆，四根固定杆垂直固定在水平面上，四根支撑杆连接四根固定杆构成一个矩形架；矩形架设有多根移动杆，移动杆与矩形架的其中两根支撑杆垂直，移动杆能在与其垂直的两根支撑杆上自由滑动，四根固定杆的高度可调；所述固定支架长宽大于水箱，不与水箱直接接触；