[发明专利]一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统

权利要求书

1.一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，包括：

试验段模型，用于模拟涡轮叶片叶栅流道，在流道内的叶片转折角位置固定设置叶片试验件(24)，叶片试验件(24)的CO₂进气口(27)沿径向伸出流道，叶片试验件(24)的叶片压力面(25)和叶片吸力面(26)上分别布置若干叶片气膜孔(29)，且叶片压力面(25)和叶片吸力面(26)上沿等高线布置等间距的叶片引压孔(28)；

主流系统，连接所述流道的入口，向流道送入主流空气；

CO₂冷气系统，连接所述CO₂进气口(27)，向叶片试验件(24)内部供气腔送入CO₂冷气，并由叶片气膜孔(29)处射出，形成气膜冷却；

测量系统，用于测量流道内部的压力和温度分布，其中温度分布通过红外摄像机(18)拍摄获取；

其特征在于，所述流道的吸力面侧壁(21)与压力面侧壁(22)上分别布置等量引压孔，通过两侧壁上的压力分布与叶片压力面(25)、叶片吸力面(26)的压力分布对比，观察对应周期性。

2.根据权利要求1所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述流道前端布置若干测量孔(20)，用于测量系统测量来流压力、温度、湍动度，并控制在试验给定条件范围内。

3.根据权利要求1所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述流道的尾缘段两侧分别布置尾缘板(23)，通过调节尾缘板(23)的角度，调整两侧流道流量大小，进而调整两侧周期性效果。

4.根据权利要求1所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述流道的吸力面侧壁(21)与压力面侧壁(22)设置有朝向叶片压力面(25)和叶片吸力面(26)的若干红外拍摄窗口，以供所述红外摄像机(18)拍摄叶片表面温度分布云图。

5.根据权利要求4所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述红外拍摄窗口由窗口W1、窗口W2和窗口W3组成，其中，窗口W1基本覆盖叶片压力面(25)拍摄区域，窗口W2和窗口W3基本覆盖叶片吸力面(26)拍摄区域，从而使红外相机能够完全覆盖叶片压力面(25)、叶片吸力面(26)的叶片气膜孔(29)下游拍摄区域。

6.根据权利要求4所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述流道由有机玻璃制成，其吸力面侧壁(21)和压力面侧壁(22)采用铝合金材料模拟两侧叶片壁面，所述红外拍摄窗口处红外玻璃采用BaF2材料。

7.根据权利要求6所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，将叶片绝热气膜冷却效率和换热系数分开测量，对于叶片气膜冷效测量：在叶片试验件(24)表面贴附上0.02mm钢膜(32)，0.02mm钢膜(32)表面喷涂均匀黑色哑光漆，用于红外测量；对于换热试验测量：采用恒流法测量换热系数，在叶片试验件(24)表面贴附薄层加热膜(30)，薄层加热膜(30)上贴附0.1mm铜膜(31)提供恒定热流量，0.1mm铜膜(31)表面再贴附0.02mm钢膜(32)，使得0.1mm铜膜(31)表面温度均匀的同时，通过0.02mm钢膜(32)减小横向导热，0.02mm钢膜(32)表面喷涂均匀黑色哑光漆。

8.根据权利要求1所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述流道内位于叶片转折角位置以及叶片试验件(24)内部供气腔均布置有热电偶。

9.根据权利要求1所述测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，其特征在于，所述主流系统包括由若干空气压缩机(1)组成的空压机组，各空气压缩机(1)的出口依次连接冷干机(2)、储气罐(3)和蝶阀(4)，之后汇集并分为旁路和主路，旁路设置旁通阀(5)，主路经主气阀(6)连接稳流扩张段(7)，再经过蜂窝整流段(8)后连接变径管道，最终接入流道；

所述CO₂冷气系统包括由若干并联的气瓶组成的CO₂气瓶组(9)，CO₂气瓶组(9)的出口依次连接球阀(10)、减压阀一(11)、过滤器(12)、流量计(13)和减压阀二(14)，再通过换热器(15)，达到所需温度后进入叶片试验件(24)。