[发明专利]一种航空燃气涡轮动叶内部传热的模化实验装置

说明书

本发明公开了一种航空燃气涡轮动叶内部传热的模化实验装置，包括实验台架、旋转轴、加压舱、电机、无线传输模块以及设置在加压舱内部的实验段和测试组件，其中，旋转轴竖向安装在实验台架上并连接至电机；加压舱连接至旋转轴且能够随旋转轴旋转；实验段包括冷却通道，冷却通道与外部供气装置连通，测试组件用于获取实验段的测试数据；无线传输模块连接至测试组件，用于对实验测试组件进行控制并传输测试数据。该模化实验装置在满足航空燃气涡轮动叶内部冷却旋转特征准则数的情况下，通过可视化测量手段获得实验段的内冷通道壁面传热性能数据，能够为航空燃气涡轮动叶精细化设计提供重要的基础数据。

技术领域

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种航空燃气涡轮动叶内部传热的模化实验装置。

背景技术

涡轮叶片的冷却对于燃气轮机和航空发动机的效率和推力具有举足轻重的作用。目前投入运行的燃气轮机和航空发动机，涡轮进口燃气温度都远高于叶片高温合金的许用温度，因此需要对叶片进行冷却以保证其安全稳定的运行。内部冷却是降低涡轮叶片温度的重要方式之一，温度较低的冷却空气流经空心叶片内部的蛇形通道，以对流传热的方式带走热量。涡轮的工作叶片处于高速旋转状态，旋转引发的离心力和旋转浮力，对于叶片内部传热具有非常重要的影响。

然而，在真实的高转速和高温环境下，测量动叶内部的传热特性具有难以逾越的技术困难，因此，积累设计数据的基础实验都基于相似理论，以模化的方式在常温下进行。模化实验所选择的三个模化准则数包括雷诺数(Re)、旋转数(Ro)、浮力系数(Bo)，定义分别如下：

其中，U为流体速度，DH为通道水力直径，υ为流体动力粘性系数，Ω为转速，ρ为流体密度，R为旋转半径。保证了三个模化准则数与真实条件下的涡轮动叶相似，即保证了旋转条件下传热特性的相似。

现有的模化实验装置通常包括使用旋转臂和加压舱的结构以及使用旋转盘结构。使用旋转臂和加压舱的结构，空气在加压后，运动粘性系数减小，可以在较小的气流流速下达到较高的雷诺数(Re)。由旋转数(Ro)定义可知，在流体速度较小时，能够通过相对较低的旋转速度，达到真实工况的模化准则数(Re、Ro、Bo)。该装置有助于提高安全性、节省实验系统成本，但是难以实现可视化测量，无法提供表面的传热系数分布，另外测量数据由电滑环引出，滑环在长期使用后磨损严重，数据传输不稳定，且传输模拟信号时可能相互干扰。

使用旋转盘结构，将测量设备搭载于旋转盘上。此结构可采用可视化测量手段(如温敏液晶、红外热像仪等)测量涡轮动叶内冷通道的对流传热特性，以提供详细的传热系数分布，但是单次实验时的测量范围受到较大限制；若要对整个内冷通道的传热特性进行测量，则需要多次实验，时间成本高；为满足可视化测量的需求，实验段由透明材料制成，一般强度较低，无法对空气加压。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种航空燃气涡轮动叶内部传热的模化实验装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种航空燃气涡轮动叶内部传热的模化实验装置，包括实验台架、旋转轴、加压舱、电机、无线传输模块以及设置在所述加压舱内部的实验段和测试组件，其中，

所述旋转轴竖向安装在所述实验台架上，并连接至所述电机；

所述加压舱连接至所述旋转轴，且能够随所述旋转轴旋转；

所述实验段包括冷却通道，所述冷却通道与外部供气装置连通，所述测试组件用于获取所述实验段的测试数据；

所述无线传输模块连接至所述测试组件，用于对所述测试组件进行控制并传输所述测试数据。

在本发明的一个实施例中，所述加压舱包括两个加压舱室和连接所述两个加压舱室的连接板；