1、 1 北京航空航天大学 能源与动力工程学院专业综合实验报告 班 级 100415 学 号 10041152姓 名 贾林江 评分 实验名称：涡轮叶栅流场显示实验 实验日期 一、实验目的 1、熟悉流动显示的实验方法，掌握通过实验观察来帮助认识流动机理这一 重要的科研方法； 2、认识涡轮叶栅内复杂的非定常流动现象。 二、实验内容 1、 在水槽中， 利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在20、 0、 20不同攻角情况下中间叶高通道内的非定常流场， 认识不同攻角下涡轮叶栅压 力面、吸力面附近以及通道中部的流动特点； 2、 在水槽中， 利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在20、 0、 20不同攻
2、角情况下中间叶高叶片尾迹的非定常流场， 认识不同攻角下涡轮叶片 尾迹的流动特点； 3、 在水槽中， 利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在20、 0、 20不同攻角情况下涡轮端壁区二次流的非定常流场， 认识不同攻角下涡轮叶栅 端壁区前缘马蹄涡、通道涡、端壁附面层、叶背附面层、角区流动等以及它们相 互作用、相互影响的非定常特点； 4、 在水槽中， 利用氢气泡法流场显示技术显示涡轮叶栅分别在20、 0、 20不同攻角情况下涡轮端壁泄漏流的非定常流场， 认识涡轮叶栅存在叶尖径向 间隙后不同攻角下叶栅端壁泄漏流、 泄漏涡、 前缘马蹄涡、 通道涡、 端壁附面层、 叶背附面层、角区流动等以及它们相互作
3、用、相互影响的非定常特点，帮助理解 涡轮内的流动现象。 三、实验设备 1、回流式水槽 2 图 4.2 水槽平面图 水槽为上下循环的闭式结构， 全长 6.8米， 分为四个部分： 加速段， 回流段， 整流段和实验段。其中水槽上层工作段长 3000mm，宽 700mm，高 550mm；实 验段长 1000mm，宽 700mm，高 500mm（约数，视水位而定） 。 水槽以叶轮机驱动水循环，来流速度在 00.12m/s内连续可调。 2、电机电源及调压器 3、电解电源 4、电解电极 实验中利用铂丝或铜丝作为阴极，石墨作为阳极。阴极布置在被观察流场的 上游，阳极则置于下游被观察流场之后的水中。 5、光源
4、用灯光照亮被测流场中需要观察的区域，其余部分应尽量保持黑暗，以免影 响观测效果。最好采用片光源。本实验采用便携式冷光手电两支，灯泡为25V冷 光灯泡，并分别以灯架支撑。 6、涡轮叶栅模型 涡轮叶栅模型由四片有机玻璃叶片组成， 叶片弦长 104mm， 叶片弯角 66， 相对栅距 0.78，展弦比 1.101。弦长雷诺数约为 11000。 四、实验步骤 1、选择合适位置放置铂丝，连接信号发生器（注意电源正负极） 2、放置实验件 3、依次打开稳压电源（1214伏）和信号发生器 3 4、打开光源（要同铂丝同等高度，注意保持水平） ，对准实验段 5、观测流动现象，进行实验 6、依次关闭稳压电源、信号发生
5、器和光源。 五、实验结果与分析 在试验中观察到了涡轮叶栅压力面、吸力面及通道中部、尾迹区的流动特点 与二次流、泄露流的相互作用、影响的非定常特点。分析原因如下： 叶背分离：在逆压梯度下，叶背附面层分离 泄露流：叶背静压低于叶盆静压，导致叶盆高静压气流经叶尖潜流至叶背， 产生泄漏涡 通道涡：叶盆高静压气流经过轮毂环壁的附面层流向叶背并卷起通道涡，通 道涡总是成对出现 尾迹及尾迹回流区：上下表面附面层在后续会和而形成尾迹，在后续汇合处 叶盆附面层产生一个低压区，气流通过压力梯度卷回此低压区，从而产生尾迹回 流区。 六、思考题 涡轮叶栅存在与不存在径向间隙时，端壁区流动有何差别?会对涡轮的性能有 何影响？ 答：当涡轮叶栅不存在径向间隙时，端壁区流动不产生泄漏涡及回流、潜流，降 低了涡轮流动损失，提高了涡轮效率。
