旋转叶轮内部复杂流动的测量和分析

以实验测量的为主，结合数值模拟技术，全面深入研究旋转叶轮内部的复杂非定常流动。基于先进的微机电和信息技术，提出并发展一种体积微小、系统集成、遥控操作、具有光机电一体化特征，可埋藏在叶片内的新型测量方法和系统，用于测量旋转叶片表面流动。综合应用先进的非接触流动测量技术PIV/PDA，热线风速仪，高频动态压力传感器等，获得更多的重要数据和流场新信息，更加全面深入认识旋转叶轮内部丰富而复杂的流动结构和损失机理，验证广泛采用的叶轮机械数值模拟方法的计算结果，提升叶轮机械内部复杂流动的研究能力和研制水平。

基于先进的电子信息技术，研发出一种体积微小、系统集成、遥控操作、无线传输的测量系统，集采集、数据传递以及后处理为一体，系统功能由单片机控制实现，终端机上的数据处理分析界面基于Labview开发。并且可以埋藏在叶片内用于测量旋转叶片表面流动，获得旋转坐标系下叶轮机械内部流动特征。并结合测量的具体情况，再进一步对系统进行改进和升级，提高系统的可用性使其成为叶轮机械测量的有力工具，并在压气机机匣、环形叶栅实验台以及涡轮旋转实验台上进行了测量，获得了较好的实验结果。并对涡轮实验台进行了详细的流场测试，结合先进的激光流动测量技术，以及热线风速仪，高频动态压力传感器等，对涡轮内部流动进行详细测量，实验成功地捕捉到了叶顶泄漏涡，泄漏流动和主流的掺混导致吸力面侧的影响区域流动欠转，从速度矢量的角度可以明显分辨泄漏涡区和主流区，并得到径向平面上不同时刻下的涡心位置，来说明在实验中叶顶区域的非稳定特征，在旋转坐标系下，成功捕捉了压力脉动的变化特征，实验为无线测量方法在旋转实验台上的应用奠定了基础，积累了重要的实际经验。在实验的基础上，采用CFX软件对实验工况进行了数值模拟并与实验测量的流场结果进行了对比，计算结果与三孔探针数据对比，周向平均的气动参数在径向分布与三孔探针测试值在叶顶区域的变化规律基本接近，也详细捕捉到了叶顶泄漏涡及其发展，叶顶泄漏流动是涡轮损失的主要来源。通过实验和数值模拟，获得了一些重要数据和流场新信息，更加全面深入认识旋转叶轮内部丰富而复杂的流动结构和损失机理。