复杂流场中五孔探针测点加密方法分析

针对五孔探针在测量复杂流场时,因测点数目有限而导致的部分流场信息丢失这一问题,研究了利用已测信息进行测点的二次加密布置,获得更为详细的流场信息的方法,并在叶栅流场中进行了数值模拟验证。结果表明:针对流动特征合理地选择判断参数,可以获得较好的加密预判。涡系影响区可以采用气流角变化作为判断参数,叶栅出口可以采用速度变化作为判断参数;以判断参数的一阶差分为基础的探针测点加密算法,对流场中的速度剧烈变化区域及涡系影响区进行测点加密布置,可以有效避免流动信息丢失,从而获得更加完整的流场信息。

五孔探针高精度大气数据采集系统设计

根据某型无人机对大气数据采集系统的需求,对基于FPGA+DSP的五孔探针高精度大气数据采集系统进行了研究设计;基于FPGA实现多路传感器高速同步采集,经DSP数据解算后,最终将数据发送至上位机进行实时显示与图像化监测;硬件上采用MEMS数字式传感器、通讯隔离芯片以及电源滤波电路来增加信号抗干扰能力,软件上对静压和动压数据分别进行了二阶温度补偿和滤波,并采用线性插值算法进行误差补偿提高精度。经过多组测试验证,最终实现气压高度平均误差0.0585 m,迎角、侧滑角平均误差为0.139°,相较于传统迎角传感器,精度提高了近40%,满足飞控系统对五孔探针大气数据采集系统的要求。

大偏转角时超声速五孔探针激波图谱数值研究

激波是超声速流动的关键性问题,而超声速来流条件下气动探针的激波图谱的研究有待进一步丰富。本文以适用于超声速来流条件下的五孔气动探针为研究对象,提出一种复合型五孔压力-温度探针的结构设计方法,并采用经过实验校核的数值方法分析跨、超声速来流绕流探针而形成的激波图谱的变化规律,其中着重关注在正对来流和相对于来流存在较大偏转角度时探针头部及杆体的激波结构。研究结果表明:跨声速来流条件下,探针头部前端会形成一道强度较大的正激波结构;超声速来流条件下,探针与来流存在较大偏转角度时,探针背风面杆体后端会形成“λ”型激波,随着来流马赫数增大最终变为正激波,且激波与附面层相互作用导致探针表面的附面层发生分离,产生了低能流体团。本文的研究成果实现探针头部和杆体激波图谱的再现,充实了超声速探针的基础数据库。

轴流泵叶轮出口轴面速度和环量的试验研究

为了研究系列高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量分布规律,设计了叶轮出口流场测量装置。基于流体绕流圆球理论,采用微型五孔探针对高效轴流泵叶轮出口轴面速度和环量进行了试验测量。试验结果表明,在最优工况下,系列高效轴流泵模型叶轮出口轴面速度呈二次抛物线流型,其最大值出现在叶片中部,且轮缘侧较小的轴面速度提高了汽蚀性能;系列高效轴流泵叶轮出口呈非线性环量分布规律,在轮毂侧环量稍小,在叶片中部较为平直,在轮毂侧环量降低至中部的0.8倍左右,而轮缘侧增大至1.2倍左右;同时叶轮出口轴面速度分布呈现抛物线流型,叶片中部速度最大。测量的轴面速度和环量分布数据拟合成多项式数学模型,可为轴流泵叶轮水力设计提供参考。

五孔探针非对向测量法在风洞自动测试系统的应用

从五孔探针的校准和使用方法出发，讨论了在风洞自动测试系统中采用非对向测量方法的可行性，给出了各种校准曲线和气动参数计算公式，分析了不同测量方法对实验结果的影响。结果表明，在风洞自动测试系统中采用非对向测量方法是提高测试速度、保证测试精度的行之有效的手段之一。

单山和双山风场特性的风洞试验

为获得单山和双山情况下三维山体的风场特性,研制风洞中用于同步测试多点风速的试验装置和支撑构架,进行不同坡度下单个山体风场的测试,进行2个山体在前后和左右排列情况的测试,并分析山体距离和坡度的影响.研究表明:单山情况下山体横风切面的加速效应大于顺风切面,横风切面3/4山体高度至山顶为风速增大的最不利位置.在前后紧密排列情况下,前山的风速与单山情况比较接近,后山的风速小于单山情况.在左右排列情况下,山顶的加速效应略大于单山情况,峡谷侧山体的加速比大于单山情况.

轴流泵叶轮进出口流场的测量

为了获得轴流泵内部流动的真实情况,设计了内部流动测量装置.运用五孔球形探针,对高效轴流泵在0.8Qopt,1.0Qopt和1.2Qopt工况下的叶轮进口和出口速度矢量分布、静压分布和总压分布进行了测量,并分析了不同工况下的轴面速度、环量、圆周方向分速度和压力分布等.测量结果表明:轴流泵模型进口在0.8Qopt至1.2Qopt工况范围内,流动稳定,进口轴向速度从轮毂到轮缘逐渐减小,且进口预旋很小,不同径向位置的静压基本相等.在最优工况下,轮毂与可调叶片间无间隙时,轴流泵叶轮出口基本呈现等环量流型,轴面速度呈现抛物线分布,且效率高.若轮毂侧存在间隙,间隙处的环量、轴面速度、压力和效率均明显下降.

五孔探针实验数据处理的线性插值法

在使用五孔探针校准数据时通常采用样条插值或最小二乘法拟合,相同的探针校准曲线用这两种方法分别插值得到的结果有较大的差异。本文通过对两种方法理论上分析,提出了一种实用性更强的线性插值法。对于特性良好的探针,该方法的精度接近样条插值;对于特性较差的探针,能够在不改变探针特性曲线的基础上保证插值精度。相对于样条插值和最小二乘法拟合,该方法有着更为广泛的适应性。

轴流泵叶轮出口流场实验

运用球形五孔探针对自行设计的轴流模型泵3种工况下叶轮出口流场进行了测量,得到叶轮出口绝对速度的周向、轴向、径向速度分量和速度环量分布。测量结果分析表明:叶轮出口处流场呈螺旋形向外运动趋势;在最优工况下,出口旋转动能占出口总动能的34%左右,其比例随着流量的增加逐渐减小;绝对速度的径向分量较小,轴向分量随着流量的增加而加大,和设计假设相吻合;叶轮出口速度环量从轮毂到轮缘呈逐渐下降的趋势,设计时应增加轮缘处的圆周分量,减小轮毂处的圆周分量。运用球形五孔探针测量三维流场中的速度分量和速度环量分布,具有适用性强、方法简单、测量精度较高的优点。

亚声速气流中五孔探针的校准及应用

0.3m×0.2m结冰风洞是一座回流式亚声速风洞,它是3m×2m结冰风洞的1∶10缩尺引导风洞,用于结冰风洞设计、调试和运行的关键技术研究。介绍了针对该风洞点流向测量而设计的小尺寸五孔探针排架在一座专用校准设备上进行标定的实验结果,同时还给出了该引导风洞点流向测量的结果。校准及测试结果表明:校准数据处理所采用的线性离散模型满足亚声速条件下小尺寸五孔探针的校准精度要求,五孔探针对点流向的测量精度可达±0.04°;结冰引导风洞主试验段及低速试验段各个截面点流向均在±0.5°以内,满足设计要求。

新型煤粉燃烧器冷态流场特性和热态实验

对端面旋流进风结构的新型煤粉燃烧器进行了冷态流场特性和热态中试实验。冷态实验结果表明 :端面旋流进风结构能获得对称、均匀的流场 ,燃烧器的进、出口结构对燃烧器内压力场和流场分布影响很大 ;出口直径的大小决定中心回流区域的大小 ;环形叶片进口位置的变化对燃烧器内流场的影响集中在燃烧器头部。热态实验表明 ,当煤粉粒径小于 0 .2 mm时 ,燃烧器内温度可达 16 0 0℃ ,能实现顺利排渣 。

多级轴流压气机静子通道三维流场测量

为了实现多级压气机静子叶片通道内部的详细流场测量,设计加工了7根不同长度的"L"型五孔探针以及1根四孔探针。在压气机的设计工作状态,通过采用坐标位移机构带动五孔探针和四孔探针的方法,完成了四级低速大尺寸轴流压气机第3级静子叶片通道内部的7个不同轴向位置的截面上以及静子叶片出口截面上的三维流场测量,获得了静子叶片通道内部的详细流场细节。测量结果显示了通道涡和角涡的生成、发展过程以及两者之间的相互影响。实践表明,采用位移机构带动"L"型五孔探针或其它探针的方法可以应用于多级压气机静子叶片通道内部流场测量。

五孔球探针旋转流场测量的应用方法与误差探讨

介绍五孔球探针的基本结构和使用方法。通过深入探讨气体绕流球体的的原理,分析了在调节探针方位确定气流方向时出现多个平衡点的原因,并进行实验验证,提出在复杂流场中确定正确的气流方向角的三个基本判据。从压力测量、探针位置精度、速度梯度和静压梯度等方面分析了流场测量误差的来源,并指出了实现误差控制的相应措施。

进气道旋流模拟及测量的实验研究

进气道出口旋流是影响进气道/发动机相容性中的一个重要因素。为在地面试验中评价进气道旋流对发动机稳定性的影响,设计了叶片式旋流发生器,并在风洞中进行了整体涡旋流、对涡旋流两种基本旋流流场的模拟,实验中利用在固定马赫数下校准的五孔探针测量了所模拟的旋流场。风洞实验结果表明,按照不同布局方式来安装叶片,可以得到不同形式的旋流场;旋流发生器叶片攻角对旋流强弱的影响较为明显;旋流的诱导速度对旋流中心位置有很大的影响。

大型泵站能量特性现场测试研究

为了直接获得大型泵站运行参数,对大型泵站能量性能进行了现场测试和分析.采用五孔探针和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测定水泵流量,根据泵站设置的仪表读取相关数据,计算得到泵装置扬程、电动机输入功率和泵装置效率;分析流量与效率测定的精度,检验原型与模型水泵效率和泵装置效率换算方法.试验泵站五孔探针测流断面选在水泵基坑以上、叶轮前的断面.结果表明:五孔探针法测定泵装置过流断面流速分布重复性好,能够反映断面实际轴向流速分布规律,流量和效率测试精度可以控制在2.0%以内,能够满足大型泵站现场测试的要求.泵装置扬程为1.73 m时,水泵流量与泵装置效率分别为11.837 8 m3/s,55.998%,达到了设计要求.由于尺寸效应,原型水泵和泵装置效率明显高于模型效率.采用相关公式,可以根据模型效率较为准确地预测原型水泵效率和泵装置效率.

有错排射流冲击的短通道流场研究

用实验和数值模拟的方法,研究了在错排冲击孔作用下的受限通道的流场结构。并用五孔探针对通道的流场进行了详细的测量,着重研究了不同雷诺数和不同通道高径比(通道高度与射流孔直径之比)对通道内流场结构的影响。实验结果表明:通道的流场中存在着复杂的漩涡结构;在同一高度下,雷诺数的改变对通道流场的影响很小;通道高度的改变对通道流场有明显影响。

导叶对轴流泵性能影响的试验

对设计模型轴流泵在无导叶和有导叶时的外特性进行测试,在导叶进出口位置开设测孔,并运用球形五孔探针对导叶进出口流场进行测量,得到绝对速度的周向、轴向及径向速度分量的分布曲线.测量结果表明:轴功率变化曲线在有导叶和无导叶时趋于一致,可忽略导叶对叶轮内流动的影响;在设计最优工况下,导叶出口绝对速度的圆周分量较小,导叶可回收的旋转动能约占叶轮出口总能量的15.7%;无导叶时泵的运行工况点向小流量工况偏移,在设计无导叶轴流泵时应在原有设计参数的基础上进行参数补偿.运用球形五孔探针测量三维流场中速度,具有适用性强、方法简单、测量精度较高的优点.试验结果揭示了导叶对轴流泵性能影响的规律,为进一步研究轴流泵内部流场提供了理论和实际应用参考.

双锥燃烧室冷态流场的实验研究

根据五孔球形探针的测试原理,对应用于高效煤粉工业锅炉的双锥燃烧室内部冷态流场进行了测量,得出燃烧室内部流场是顺时针旋转并呈对称分布,前锥的流场分布分为3层,即边缘区、夹层区和中央区,存在回流;后锥流场随着出口锥形半径的逐渐缩小,总速度不断增大,不存在回流。同时也分析了流场分布对燃烧室燃烧性能的影响,前锥流场的布局有利于实现煤粉的着火,后锥流场影响煤粉和空气的混合流在炉膛的分布,使其既能保持足够的射程,又能防止气流冲刷壁面,避免结焦。

多翼离心风机CFD分析及参数优化设计

利用CFD分析软件FLUENT对多翼离心风机内部三维流场进行数值模拟,数值结果与五孔探针实验数据吻合较好。在此基础上建立多翼离心式风机参数化模型,并说明不同出口截面尺寸条件下CFD分析方法的风机参数优化设计过程。

进气道旋流模拟及测量地面试车台试验研究

在地面试车台上,利用叶片式旋流发生器和五孔探针,对进气道旋流模拟和测量进行了试验研究。试验验证了旋流模拟方法、测量方法的有效性及旋流评定指标的可行性,结果表明:叶片式旋流发生器能有效地模拟出典型的整体涡、局部涡及对涡结构,其中整体涡强度可达15°;旋流测量方法行之有效且精度较高;旋流评定指标合理可行,能较为直观地反映旋流流场的强弱和结构。