CN110108446B - 一种单流道喷嘴模型测试台 - Google Patents
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Abstract
一种透明单流道喷嘴模型测试台，包括喷嘴环座、喷嘴、扩压器和光罩；喷嘴沿径向开设有喷嘴流道；喷嘴环座套设于喷嘴上，喷嘴环座的一端的内壁和喷嘴的外壁之间形成有第一气流腔，第一气流腔通过喷嘴流道和喷嘴连通；光罩套设于喷嘴环座的外侧；扩压器设于光罩内，扩压器和喷嘴连通，扩压器的外壁和光罩的内壁形成第二气流腔，第二气流腔和第一气流腔连通，光罩远离喷嘴的一端开设有通气孔，通气孔和第二气流腔连通。上述透明单流道喷嘴模型测试台结构简单，能够实现进气到经喷嘴流道膨胀再至扩压器出气的过程，相机可以拍摄到喷嘴流道内的流场情况，能够测量单流道喷嘴中的气体流速，并且能够通过粒子图像测速系统来保证测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及流场测试设备技术领域，尤其涉及一种单流道喷嘴模型测试台。
背景技术
喷嘴作为透平膨胀机中通流部分的重要部件之一，数值模拟的结果存在着无法完全复现边界参数设置的情况，造成计算结果的不确定性，因此必须有实验来验证。粒子图像测速技术(PIV)是近年发展起来的瞬时速度测量技术，其系统由成像系统、图像拍摄系统、实验辅助系统和数据处理软件组成。在需观测的流场中加入示踪粒子，跟随流体运动，利用CCD相机拍摄粒子在流场中2个或多个连续时刻的光学成像并传输至数据采集系统，由于每一帧图像均包含一个脉冲激光形成的颗粒图像，通过对独立的两张图像之间的相关分析便能得到该时刻流体运动参数，并且可以计算出相应的其它运动参量，包括流场速度矢量图，速度分量图、流线图、涡量图等。
目前的流场测量难以同时满足尺寸小和速度高的两个特点，并且暂无相关喷嘴流道流场实验测量的研究。因此为了能够首次观察到透平膨胀机喷嘴内部流场，需要重新独立设计喷嘴流道模型，以便相机能够拍摄到流道内部流场。
发明内容
鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，有必要提供一种能够观测到透平膨胀机喷嘴内的流场的透明单流道喷嘴模型测试台。
一种透明单流道喷嘴模型测试台，包括喷嘴环座、喷嘴、扩压器和光罩；
所述喷嘴沿径向开设有喷嘴流道；
所述喷嘴环座的内壁呈台阶状，所述喷嘴环座套设于所述喷嘴上，所述喷嘴环座的一端的内壁和所述喷嘴的外壁贴合，所述喷嘴环座的另一端的内壁和所述喷嘴的外壁之间形成有第一气流腔，所述第一气流腔通过所述喷嘴流道和所述喷嘴连通；
所述光罩套设于所述喷嘴环座的外侧，所述光罩的内壁和所述喷嘴环座的外壁贴合；
所述扩压器设于光罩内，所述扩压器的一端和所述喷嘴连接，所述扩压器的另一端和所述光罩远离所述喷嘴的一端连接，所述扩压器和所述喷嘴连通，所述扩压器的外壁和所述光罩的内壁形成第二气流腔，所述第二气流腔和所述第一气流腔连通，所述光罩远离所述喷嘴的一端开设有通气孔，所述通气孔和所述第二气流腔连通。
在一个实施例中，还包括法兰，所述喷嘴环座的外壁的端部沿圆周方向开设有第一环形开口，所述第一环形开口与所述光罩远离所述通气孔的一端齐平，所述法兰设于所述第一环形开口和所述光罩远离所述通气孔的一端，所述法兰和所述光罩固定连接。
在一个实施例中，所述喷嘴的外壁沿圆周方向设有环形凸起，所述喷嘴环座的内壁开设有环形卡槽，所述环形凸起和所述环形卡槽相匹配，所述环形凸起嵌设于所述环形卡槽内。
在一个实施例中，所述喷嘴环座的外壁设有沿圆周方向设置的第一密封槽，所述第一密封槽内设有第一密封圈，所述第一密封圈设于所述喷嘴环座的外壁和所述光罩的内壁之间。
在一个实施例中，所述第一密封圈上涂有真空脂。
在一个实施例中，光罩远离所述喷嘴的一端向所述光罩的内侧弯折，并向靠近所述喷嘴的一端延伸形成卷边状，所述通气孔设于所述弯折处。
在一个实施例中，所述扩压器远离所述喷嘴的一端的外壁开设有第二环形开口，所述光罩远离所述喷嘴的一端卡设于所述第二环形开口上。
在一个实施例中，所述扩压器远离所述喷嘴的一端的外壁开设有第二密封槽，所述第二密封圈设于所述第二密封槽内，所述第二密封圈设于所述光罩远离所述喷嘴的一端的外壁和所述扩压器的外壁之间。
在一个实施例中，所述第二密封圈上涂有真空脂。
在一个实施例中，所述喷嘴流道的水平两侧的内壁涂覆有荧光漆。
上述透明单流道喷嘴模型测试台结构简单，能够实现进气到经喷嘴流道膨胀再至扩压器出气的过程，相机可以拍摄到喷嘴流道内的流场情况，能够测量单流道喷嘴中的气体流速，并且能够通过粒子图像测速系统来保证测量精度。
附图说明
图1为一实施方式的透明单流道喷嘴模型测试台的结构示意图；
图2为图1所示的透明单流道喷嘴模型测试台的喷嘴的俯视图；
图3为图2所示的喷嘴的正视图；
图4为图1所示的透明单流道喷嘴模型测试台的喷嘴环座的剖视图；
图5为图1所示的透明单流道喷嘴模型测试台的法兰的俯视图；
图6为图5所示的法兰的剖视图；
图7为图1所示的透明单流道喷嘴模型测试台的光罩的剖视图；
图8为图1所示的透明单流道喷嘴模型测试台的扩压器的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明中所说的固定连接，包括直接固定连接和间接固定。
请参考图1和图2，一实施方式的透明单流道喷嘴模型测试台，包括喷嘴环座1、喷嘴2、扩压器3和光罩4。
请参考图2，喷嘴2沿径向开设有喷嘴流道21。
请参考图1和图4，喷嘴环座1的内壁呈台阶状，喷嘴环座1套设于喷嘴2上。喷嘴环座1的第一端13的内壁和喷嘴2的外壁贴合，喷嘴环座1的第二端15的内壁和喷嘴2的外壁之间形成有第一气流腔24，第一气流腔24通过喷嘴流道21和喷嘴2连通。
光罩4套设于喷嘴环座1的外侧，光罩4的内壁和喷嘴环座1的外壁贴合。
扩压器3设于光罩4内，扩压器3的一端和喷嘴2连接，扩压器3的另一端和光罩4远离喷嘴2的一端连接，扩压器3和喷嘴2连通，扩压器3的外壁和光罩4的内壁形成第二气流腔26。第二气流腔26和第一气流腔24连通，光罩4远离喷嘴2的一端开设有通气孔42，通气孔42和第二气流腔26连通。
上述透明单流道喷嘴模型测试台，采用粒子图像测速系统进行测量时，激光器片光源在喷嘴流道21平面中沿着与流道喉部平行的方向射入，在进气管路中加入示踪粒子，将高速相机置于喷嘴流道21上方垂直拍摄流道平面，进行速度测量。上述透明单流道喷嘴模型测试台结构简单，能够实现进气到经喷嘴流道21膨胀再至扩压器3出气的过程，相机可以拍摄到喷嘴流道21内的流场情况，能够测量单流道喷嘴中的气体流速，并且能够通过粒子图像测速系统来保证测量精度。
在一个实施例中，喷嘴流道21水平两侧内壁涂覆有荧光漆。荧光漆可以减少反光，降低反射光对拍摄的干扰。如图2所示，喷嘴流道21的水平两侧内壁分别为第一内壁27和第二内壁28。
在一个实施例中，为了加工方便将喷嘴环座1与喷嘴2整体加工为一个零件。
在一个实施例中，上述透明单流道喷嘴模型测试台由透明有机玻璃制成，各部分轴向装配。
在一个实施例中，透明单流道喷嘴模型测试台还包括法兰5。请参考图4，喷嘴环座1的外壁的端部沿圆周方向开设有第一环形开口12。第一环形开口12与光罩4远离通气孔42的一端齐平。法兰5设于第一环形开口12和光罩4远离通气孔42的一端，法兰5和光罩4固定连接。设置法兰5可以起到防止喷嘴环座1轴向位移的作用。进一步的，请参考图5和图6，法兰5上沿圆周方向均布有6个沉头螺钉孔51。请参考图7，光罩4远离通气孔42的一端的端部设有沉头螺钉孔41。法兰5和光罩4远离通气孔42的一端的端部通过沉头螺钉固定连接。
在一个实施例中，请参考图3，喷嘴2的外壁沿圆周方向设有环形凸起22。请参考图4，喷嘴环座1的内壁开设有环形卡槽16，环形凸起22和环形卡槽16相匹配，环形凸起22嵌设于环形卡槽16内。通过设置环形凸起22和环形卡槽16，可以起到防止喷嘴环座1轴向位移的作用。
在一个实施例中，请参考图4，喷嘴环座1的外壁设有沿圆周方向设置的第一密封槽11，第一密封槽11内设有第一密封圈，第一密封圈设于喷嘴环座1的外壁和光罩4的内壁之间。
进一步的，第一密封圈上涂有真空脂。
在一个实施例中，光罩4远离喷嘴2的一端向光罩4的内侧弯折，并向靠近喷嘴2的一端延伸形成卷边状，通气孔42设于弯折处。
在一个实施例中，请参考图8，扩压器3远离喷嘴2的一端的外壁开设有第二环形开口32，光罩4远离喷嘴2的一端卡设于第二环形开口32上。光罩4远离喷嘴2的一端卡设于第二环形开口32上可以防止扩压器3轴向位移。
在一个实施例中，请参考图8，扩压器3远离喷嘴2的一端的外壁开设有第二密封槽31，第二密封圈设于第二密封槽31内，第二密封圈设于光罩4远离喷嘴2的一端的外壁和扩压器3的外壁之间。
在一个实施例中，第二密封圈上涂有真空脂。
在一个实施例中，通气孔42为G1/4’快插头孔。具体的，通气孔42的数量为2个。
上述透明单流道喷嘴模型测试台，法兰5上沿圆周方向均布6个沉头螺钉孔与光罩4加以紧固，在喷嘴环座1的外壁面设置第一密封槽11，在扩压器3下部外壁面设置第二密封槽31进行密封。在光罩4底面对称分配两个G1/4’快插头孔，用以通入气体。
上述透明单流道喷嘴模型测试台，示踪粒子随着气体的流动从光罩4底部两处对称的G1/4’快插头孔42通入，经光罩4和扩压器3中间的第二气流腔26上升至与之相连通的喷嘴流道21，经喷嘴2膨胀后流入扩压器3中最终流向外界大气。PIV系统在拍摄时采用直接拍摄，激光器片光源从喷嘴流道21平面中沿着与流道喉部平行的方向射入，高速相机垂直正对喷嘴流道21区域。其中，流道喉部为喷嘴流道21中宽度最小的部位。通过同步控制器将高速相机和PIV处理系统相连，可以完成对该放大单流道喷嘴模型的速度测量。
通过改变进气管路的压力可以实现不同进口压力边界条件下喷嘴流道流速的测量。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，包括喷嘴环座、喷嘴、扩压器和光罩；
所述喷嘴沿径向开设有喷嘴流道；
所述喷嘴环座的内壁呈台阶状，所述喷嘴环座套设于所述喷嘴上，所述喷嘴环座的一端的内壁和所述喷嘴的外壁贴合，所述喷嘴环座的另一端的内壁和所述喷嘴的外壁之间形成有第一气流腔，所述第一气流腔通过所述喷嘴流道和所述喷嘴连通；
所述光罩套设于所述喷嘴环座的外侧，所述光罩的内壁和所述喷嘴环座的外壁贴合；
所述扩压器设于光罩内，所述扩压器的一端和所述喷嘴连接，所述扩压器的另一端和所述光罩远离所述喷嘴的一端连接，所述扩压器和所述喷嘴连通，所述扩压器的外壁和所述光罩的内壁形成第二气流腔，所述第二气流腔和所述第一气流腔连通，所述光罩远离所述喷嘴的一端开设有通气孔，所述通气孔和所述第二气流腔连通。
2.如权利要求1所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，还包括法兰，所述喷嘴环座的外壁的端部沿圆周方向开设有第一环形开口，所述第一环形开口与所述光罩远离所述通气孔的一端齐平，所述法兰设于所述第一环形开口和所述光罩远离所述通气孔的一端，所述法兰和所述光罩固定连接。
3.如权利要求1所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述喷嘴的外壁沿圆周方向设有环形凸起，所述喷嘴环座的内壁开设有环形卡槽，所述环形凸起和所述环形卡槽相匹配，所述环形凸起嵌设于所述环形卡槽内。
4.如权利要求1所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述喷嘴环座的外壁设有沿圆周方向设置的第一密封槽，所述第一密封槽内设有第一密封圈，所述第一密封圈设于所述喷嘴环座的外壁和所述光罩的内壁之间。
5.如权利要求4所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述第一密封圈上涂有真空脂。
6.如权利要求1所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，光罩远离所述喷嘴的一端向所述光罩的内侧弯折，并向靠近所述喷嘴的一端延伸形成卷边状，所述通气孔设于所述弯折处。
7.如权利要求6所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述扩压器远离所述喷嘴的一端的外壁开设有第二环形开口，所述光罩远离所述喷嘴的一端卡设于所述第二环形开口上。
8.如权利要求7所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述扩压器远离所述喷嘴的一端的外壁开设有第二密封槽，所述第二密封圈设于所述第二密封槽内，所述第二密封圈设于所述光罩远离所述喷嘴的一端的外壁和所述扩压器的外壁之间。
9.如权利要求8所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述第二密封圈上涂有真空脂。
10.如权利要求1所述的透明单流道喷嘴模型测试台，其特征在于，所述喷嘴流道的水平两侧的内壁涂覆有荧光漆。
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