[发明专利]一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法

说明书

本发明涉及一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法。该测量方法包括在静盘一侧设置第一热电偶，在转动盘一侧设置第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶位于转静盘腔内；根据第一热电偶获得的当前位置气流的总温T^*及第二热电偶获得的相对总温T^*_w，计算转静盘腔内的气流旋流比β。本发明提出了一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法，能有效获得涡轮转静盘腔内的气流旋流比。

技术领域

本发明涉及航空发动机空气系统设计技术领域，尤其涉及一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法。

背景技术

航空发动机涡轮转静盘腔流场内的流场复杂，转静盘腔内的气流流速(主要为周向)对涡轮盘换热边界条件影响较大，国内外学者在航空发动机旋转转静盘腔流动换热研究中，通常把转静盘腔内某处的气流周向线速度与盘壁对应位置的周向速度的比值称为旋流比。显然，获得了转静盘腔气流旋流比也就可以反推出气流速度，从而为涡轮盘换热边界和盘温度场的精确预估以及涡轮盘可靠性设计等提供重要的基础。

在航空发动机真实试车的大状态下，为了获得涡轮转静盘腔内的流动换热特性以精确预估涡轮盘等限寿件的温度场，需要对涡轮转静盘腔内的气流旋流比进行测量。由于涡轮转静盘腔内的气流温度高、压力大，对测试设备的耐温和可靠性要求较高，气流旋流比测量本质是要测量气流的周向速度，传统测量气流三维速度的方法主要有五孔探针测量法、激光测量法。但是这些方法直接应用于真实发动机涡轮盘腔旋流比测量还存在着许多不足和限制，具体如下：

1)五孔探针法能够测量气流三维速度，但是受自身测量角度的限制，测量校准相关数据处理比较复杂，测试成本较高难度大，费时费力且误差难以减小，另外，五孔探针材料耐温水平有限，在实际航空发动机试车的高温环境中进行测试的风险较大；

2)激光测量法是利用康普顿效应采用激光追踪示踪粒子的方式来确定盘腔气流三维速度，但是测试设备复杂，通常需要在盘或轴上加装石英透光窗口，不适用于在真实发动机试车高温高压环境下进行测量。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法，能有效获得气流旋流比。

具体地，本发明提出了一种涡轮转静盘腔气流旋流比测量方法，所述涡轮包括静盘和转动盘，在所述静盘和转动盘之间形成所述转静盘腔，所述测量方法包括：

在所述静盘一侧设置第一热电偶，在所述转动盘一侧设置第二热电偶，所述第一热电偶和第二热电偶位于所述转静盘腔内；

根据所述第一热电偶获得的当前位置气流的总温T^*及所述第二热电偶获得的相对总温T^*_w，计算所述转静盘腔内的气流旋流比β。

根据本发明的一个实施例，所述第一热电偶到第二热电偶的轴向距离为Δ_X，所述第一热电偶到第二热电偶的径向距离为Δ_r，所述轴向距离Δ_X和径向距离Δ_r大于0，在测量过程中所述第一热电偶和第二热电偶不发生碰撞，且使所述轴向距离Δ_X和径向距离足够小。

根据本发明的一个实施例，所述轴向距离Δ_X和径向距离Δ_r根据所述涡轮轴向和径向热态变形获得。

根据本发明的一个实施例，根据所述第一热电偶到第二热电偶获得

总温

相对总温

气流旋流比从而获得气流旋流比

其中，T为静温，W₀为转盘周向速度，C_p比热，U气流轴向速度，V气流径向速度，W气流周向速度。