CN114151148B - 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质 - Google Patents

叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN114151148B
CN114151148B CN202111492400.5A CN202111492400A CN114151148B CN 114151148 B CN114151148 B CN 114151148B CN 202111492400 A CN202111492400 A CN 202111492400A CN 114151148 B CN114151148 B CN 114151148B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film cooling
test piece
measuring
air film
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111492400.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114151148A (zh
Inventor
张祎
李新宇
谈芦益
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Electric Group Corp
Original Assignee
Shanghai Electric Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Electric Group Corp filed Critical Shanghai Electric Group Corp
Priority to CN202111492400.5A priority Critical patent/CN114151148B/zh
Publication of CN114151148A publication Critical patent/CN114151148A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114151148B publication Critical patent/CN114151148B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，应用于试验件叶片，其上划分有测量区域和测量修正区域，所述方法包括：获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度。本申请采用集测量部分与测量修正部分于同一试验件上的试验测量方法，避免了大量重复性试验，避免了实验过程中拆装试验台产生的一些不确定因素对实验产生的负面影响。

Description

叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及气膜冷却试验技术领域，特别是涉及一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着燃气轮机透平进口温度的不断提高，其远远超过了叶片材料所能承受的极限温度。因此，迫切的需要先进的冷却技术来保障叶片的安全稳定运行。气膜冷却作为外部冷却中一种重要的冷却方式，如何提高气膜冷却效率，减小冷却空气供应量，对于提高燃气轮机内效率有举足轻重的作用。
气膜冷却技术是指从压气机中抽取冷气通过强化对流换热将叶片内部分热量带走，随后自透平叶片的叶身或者端壁上的气膜孔流出，冷气由于流动的作用会粘附在壁面附近形成温度较低的冷气层，从而起到良好的高温隔离作用并使叶片不被高温燃气烧蚀。
目前国内外已有的研究主要集中在平板上的气膜冷却，很少针对透平叶片特点的大曲率型面上气膜冷却的试验研究：因缺少适用的计算模型，透平叶片冷却设计的可靠性难以保证；且叶片表面曲率变化较大，叶片表面换热强度也随之有较大变化；叶片气膜孔数量较多，对应叶片试验件数量大，需要设计合理试验方案，方便不同孔型叶片试验件测量。
传统叶栅实验测量，往往采用一个未打印气膜孔的试验件作为空白对照，这样往往在实验过程中针对同一组试验做空白对照时，需要对试验件进行拆装，且需要多次拍摄对照组，消耗大量实验时间。且不同时间下，主汽管路相关参数可能会有些许差异，这样传统方法的测量并会产生较大的误差。或者采用取两气膜孔间距部分气膜冷效作为修正项的方法，这种方法多适用于孔间距较大的单排气膜孔排列情况。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质，用于解决现有技术中针对叶片大曲率型面上气膜冷却没有适当修正模型，试验过程需要多次重复且需要对试验件进行拆装，同时无法准确提高叶栅绝热气膜冷却效率的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，应用于试验件叶片，其上划分有测量区域和测量修正区域，包括：获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度。
于本申请的一实施例中，所述试验件叶片沿其外部流体流向包括前端和后端，在靠近前端的一侧设有供气室；所述试验件叶片的压力面与吸力面上分别划分有靠近所述供气室的测量修正区域和远离所述供气室的测量区域；其中，所述测量区域设有一或多排气膜孔，用于计算所述试验件叶片对应不同曲率处的气膜冷却有效度；所述供气室用于向所述气膜孔提供冷气并对其流量进行控制。
于本申请的一实施例中，所述测量区域和所述测量修正区域之间设有若干引压孔，用于所述试验件叶片不同曲率处压力分布的测量和调节以及吹风比的计算。
于本申请的一实施例中，所述吹风比的计算公式为：其中，ρc、uc分别为冷气流的密度和速度；ρr、ur分别为外部流体的密度和速度。
于本申请的一实施例中，所述测量气膜冷却有效度的计算公式为：所述修正气膜冷却有效度的计算公式为：/>其中，Twr为所述测量区域对应的壁面温度；Tws为所述测量修正区域对应的壁面温度；Tr为所述试验件叶片的外部流体温度；Tc为冷气温度。
于本申请的一实施例中，所述基于测量修正模式得到的所述绝热气膜冷却有效度的计算公式为：其中，ηr为有所述气膜孔覆盖的所述测量区域的测量气膜冷却有效度；ηs为无所述气膜孔覆盖的所述测量修正区域的修正气膜冷却有效度。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括：当所述试验件叶片达到流动和传热的稳定状态时，通过改变所述试验件叶片的壁面温度和热流密度，依据牛顿冷却定律得到所述测量区域对应的换热系数的计算公式为：所述测量修正区域对应的换热系数的计算公式为：/>其中，Twr，i、Tws，i分别为第i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的测量值；/>分别为i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的平均计算值；qi为第i次的所述试验件叶片的壁面热流密度的测量值；/>为i次的所述试验件叶片壁面热流密度的平均计算值。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种叶栅气膜冷却试验的测量修正装置，所述装置包括：获取模块，用于获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；处理模块，用于通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；修正模块，用于基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如上所述的方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述叶栅气膜冷却试验的测量修正方法。
综上所述，本申请提供的一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质，具有以下有益效果：
本申请设计的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，采用集测量部分与测量修正部分于同一试验件上的试验测量方法，能够在实验过程中免于拆装试验件，仅通过红外相机拍摄即可得到叶身上、下部的温度分布，并通过不同曲率处的叶片上部分导热产生的冷却效率做测量修正，从而更为准确的获得叶栅绝热气膜冷却效率。避免了大量重复性试验，避免了实验过程中拆装试验台产生的一些不确定因素对实验产生的负面影响。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法的流程图。
图2显示为本申请于一实施例中的用于叶栅气膜冷却试验的测量修正方法的试验件叶片的模型示意图。
图3A显示为本申请于一实施例中的试验件叶片压力面上的流体流向示意图。
图3B显示为本申请于一实施例中的试验件叶片吸力面上的流体流向示意图。
图4显示为本申请于一实施例中的叶栅气膜冷却试验的测量修正装置的模块示意图。
图5显示为本申请于一实施例中的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在通篇说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
为解决现有问题，本申请提出一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质，用于解决现有技术中针对叶片大曲率型面上气膜冷却没有适当修正模型，试验过程需要多次重复且需要对试验件进行拆装，同时无法准确提高叶栅绝热气膜冷却效率的技术问题。
如图1所示，展示为本申请于一实施例中的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法的流程图，所述方法应用于试验件叶片，其上划分有测量修正区域和测量区域；所述方法具体包括以下步骤：
步骤S101：获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度。
需说明的是，所述试验件叶片可以是位于燃气轮机上的叶栅，也可以是位于航空发动机的叶栅。可以是固定于转子上的动叶，也可以是固定于定子上的静叶。本申请以静叶为例进行说明。
为便于理解，如图2所示，展示为本申请于一实施例中的用于叶栅气膜冷却试验的测量修正方法的试验件叶片100的模型示意图。所述试验件叶片100包含压力面和吸力面。所述压力面是指压力增大，所述试验件叶片100施压于流体的那个曲面；而所述吸力面是指流体由于压力减少而冲击所述试验件叶片100的那个曲面。
于本申请一实施例中，定义所述试验件叶片100上A端所在端为所述试验件叶片100的前端，B端所在端为所述试验件叶片100的后端。如图3A、3B所示，分别展示为本申请于一实施例中的试验件叶片100在压力面和吸力面上的流体流向示意图。所述试验件叶片100的外部流体流向沿所述试验件叶片100从A端流向B端；所述试验件叶片100的内部流体流向即气膜孔出流沿所述试验件叶片100从A端流向B端。所述试验件叶片100的内部为由所述压力面和所述吸力面组成的供流体流动的腔体。
于本申请一实施例中，所述试验件叶片100在靠近所述前端的一侧设有供气室110；所述压力面与吸力面上分别划分有靠近所述供气室110的测量修正区域和远离所述供气室110的测量区域。其中，所述测量区域上设置有一或多排气膜孔120；所述测量修正区域上不设置气膜孔120，不仅可以进行空白对照，还能针对同一所述试验件叶片100的实验测量进行测量修正。
需说明的是，所述供气室110的数量可以是一或多个，且为独立供气室，以便向对应的多排所述气膜孔120提供冷气，并达到对不同孔排的所述气膜孔120进行冷气流量的控制。由图3A、3B可知，所述冷气流向为垂直所述试验件叶片100的A-B端，从所述供气室110发出，流经所述测量修正区域和所述测量区域而流出。
优选的，所述气膜孔120设置为多排，以便计算所述试验件叶片100对应不同曲率处的气膜冷却有效度。
另外，所述测量区域相对所述压力面和所述吸力面可以根据对应的曲面不同，分别设置有不同数量的所述气膜孔120，孔排的设置应当对应所述压力面和所述吸力面的不同曲率处。
于本申请一实施例中，所述测量修正区域和所述测量区域之间设有若干引压孔130，用于所述试验件叶片不同曲率处压力分布的测量和调节以及吹风比的计算。
需说明的是，所述吹风比M的计算公式为：
其中，ρc、uc分别为所述供气室110提供的冷气流的密度和速度；ρr、ur分别为所述试验件叶片100的外部流体的密度和速度。
具体地，所述吹风比是衡量冷气流量的重要参数，若所述吹风比M过大可能会导致冷却气流脱离所述试验件叶片100的壁面；若所述吹风比M过小则无法达到冷却效果。
需说明的是，本试验测量采用的是稳态法，试验测量时，整个试验段都要达到流动和传热的稳定状态来进行试验数据的采集。在测量气膜冷却有效度时，使所述试验件叶片100的外部流体的温度和冷气流的温度保持不同。
于本申请一实施例中，所述供气室110通过连接制冷机来提供冷气，并进行温度调节。所述冷气流的温度通过调节制冷机来改变。
于本申请一实施例中，所述壁面温度的获取通过红外摄像机对所述试验件叶片100的表面温度云图进行记录、采集而得到。所述外部流体温度和冷气温度优选热电偶测量，因为热电偶不仅测量精度高、稳定性好、操作简单，而且可测量的范围比较大。
需说明的是，为了提高试验准确度，利用红外摄像机以相同的时间间隔采集多张所述试验件叶片100的表面温度云图，然后平均作为当次所述壁面温度的测量值。
另外，由于所述试验件叶片100的横向导热以及内部通道的气流换热，所述测量区域和所述测量修正区域的分别对应不同的壁面温度。
步骤S102：通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度。
于本申请一实施例中，所述测量气膜冷却有效度ηr的计算公式为：
所述修正气膜冷却有效度ηs的计算公式为：
其中，Twr为所述测量区域对应的壁面温度；Tws为所述测量修正区域对应的壁面温度；Tr为所述试验件叶片100的外部流体温度；Tc为冷气温度。
于本申请一实施例中，所述Twr、Tws均为通过红外摄像机以相同的时间间隔采集多张所述试验件叶片100的表面温度云图，然后平均作为当次对应的壁面温度的测量值。本实施例以采集10张图像为例进行说明，需知，所采集的温度图像越多越有利于提高测量准确度，但相应的试验时长会有所增加，所以本实施例以采集适量的10张图像为例进行说明。
另外，所述Tr、Tc均优选通过热电偶测得。
步骤S103：基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片100的绝热气膜冷却有效度。
具体地，已知绝热气膜冷却有效度的计算公式为：
其中，Taw为绝热壁温，属于理想值；Tr为主流温度，即所述试验件叶片100的外部流体温度；Tc为射流温度，即所述供气室110提供的冷气温度。在实际试验中，由于所述试验件叶片100存在表面的横向导热以及内部通道的气流换热，所以红外摄像机所拍摄到的实际壁面温度Twr、Tws为在多种耦合换热条件下的复合温度。
需说明的是，实际绝热壁温Taw应为所述测量区域对应的壁面温度Twr和所述测量修正区域对应的壁面温度Tws之差，即：
Taw＝Twr-Tws； (式5)
于本申请一实施例中，为了消除实际壁面温度与绝热壁温之间的误差，在公式4和公式5的基础上，结合公式2和公式3，基于测量修正模式得到修正后的绝热气膜冷却有效度ηt的计算公式为：
其中，ηr为有所述气膜孔120覆盖的所述测量区域的测量气膜冷却有效度；ηs为无所述气膜孔120覆盖的所述测量修正区域的修正气膜冷却有效度。
于本申请一实施例中，所述叶栅气膜冷却试验的测量修正方法还包括对于换热系数的测量。采用稳态法，试验测量时，整个试验段都要达到流动和传热的稳定状态来进行试验数据的采集。通过调节制冷机使得所述冷气温度和所述试验件叶片100的外部流体的温度几乎一致。在所述试验件叶片100的表面敷设加热膜以保证加热时有已知的热流密度分布。
需说明的是，所述加热膜由可调直流稳压电源提供直流电压和电流；所述直流稳压电源具有单组电压和电流在0到标称值之间连续可调的输出端口，输出具有稳压、稳流随负载变化而自动转化的功能。根据公式7可知道加热膜的热流密度q为：
其中，U、I分别为所述加热膜上的直流电压和电流；A为对流换热的表面积。
根据牛顿冷却定律，流体与固体壁面之间对流换热的热流与它们的温度差成正比，即：
q＝h(Tw-T∞)； (式8)
其中，q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称作热流密度；Tw、T∞分别为所述试验件叶片100的壁面温度和外部流体温度；h称为表面对流换热系数。
于本申请一实施例中，在保证完全相同的流动条件下，通过改变所述加热膜提供的热流密度以及改变对应的所述试验件叶片100的壁面的热边界条件进行多次测量，以提高测量精度。本实施例以至少3次为例进行说明。
于本申请一实施例中，当所述加热膜提供热流密度为q1时，利用红外摄像机对所述试验件叶片100以相同的时间间隔采集10张温度图像进行第一次壁面温度测量，然后求取平均值作为第一次的壁面温度的测量值，获得第一组(q1，Tw1)；保持流动条件不变的情况下，增加加热膜提供的热流密度至q2时，同理，利用红外摄像机对所述试验件叶片100以相同的时间间隔采集10张温度图像进行第二次壁面温度测量，然后求取平均值作为第二次的壁面温度的测量值，获得第二组(q2，Tw2)；同理，改变加热膜提供的热流密度至q3，获得第三组(q3，Tw3)。由于所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度不一样，所以三组壁面温度的测量值Twi均代表已经测量过的所述测量区域的壁面温度Twr,i和所述测量修正区域的壁面温度Tws,i。
具体地，根据公式8对多次测量的数据进行线性拟合，分别得到所述测量区域对应的换热系数的计算公式为：
所述测量修正区域对应的换热系数的计算公式为：
其中，Twr，i、Tws，i分别为第i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的测量值；分别为i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的平均计算值；qi为第i次的所述试验件叶片的壁面热流密度的测量值；/>为i次的所述试验件叶片壁面热流密度的平均计算值。
于本申请一实施例中，通过作出hf/h0的展向均值沿所述气膜孔出流的分布，获得在没有热交换条件下，仅由所述试验件叶片100的外部流体和冷气射流动量交换形成的换热系数之比，在实际燃气透平叶片设计中具有更高的参考价值。
如图4所示，展示为本申请于一实施例中的叶栅气膜冷却试验的测量修正装置400的模块示意图。所述测量修正装置400包括：
获取模块410，用于获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；
处理模块420，用于通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；
修正模块430，用于基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度。
应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，修正模块430可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上修正模块430的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
如图5所示，展示为本申请于一实施例中的计算机设备500的结构示意图。所述计算机设备500包括：存储器510和处理器520。所述存储器510用于存储计算机指令；所述处理器520运行计算机指令实现如图1所述的方法。
在一些实施例中，所述计算机设备500中的所述存储器510和所述处理器520的数量均可以是一或多个，而图5中均以一个为例。
于本申请一实施例中，所述计算机设备500中的处理器520会按照如图1所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器510中，并由处理器520来运行存储在存储器510中的应用程序，从而实现如图1所述的方法。
所述存储器510可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器510存储有操作系统和操作指令、可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集，其中，操作指令可包括各种操作指令，用于实现各种操作。操作系统可包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
所述处理器520可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在一些具体的应用中，所述计算机设备500的各个组件通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清除说明起见，在图5中将各种总线都成为总线系统。
于本申请的一实施例中，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述的方法。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述系统及各单元功能的实施例可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述系统及各单元功能的实施例；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本申请提供的一种叶栅气膜冷却试验系统及测量修正方法，通过将测量区域与测量修正区域集中于同一试验件叶片上的试验测量方法，能够在实验过程中避免拆装试验件，直接通过红外相机拍摄得到叶身上、下半部分的温度分布，并通过不同曲率处的试验件叶片的上半部分导热所产生的冷却效率做测量修正，从而更为准确的获得叶栅绝热气膜冷却效率。
本申请通过提供一种叶栅气膜冷却试验系统及测量修正方法，解决了现有技术中针对叶片大曲率型面上气膜冷却没有适当修正模型，试验过程需要多次重复且需要对试验件进行拆装，同时无法准确提高叶栅绝热气膜冷却效率的技术问题。
本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，其特征在于，应用于试验件叶片，其上划分有测量区域和测量修正区域，所述方法包括：
获取所述试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；所述壁面温度的获取通过红外摄像机对所述试验件叶片的表面温度云图进行记录、采集而得到，利用红外摄像机以相同的时间间隔采集多张所述试验件叶片的表面温度云图，然后平均作为当次所述壁面温度的测量值；所述外部流体温度和冷气温度选用热电偶测量；
通过计算分别得到所述测量区域对应的测量气膜冷却有效度和所述测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；
基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度；
所述试验件叶片沿其外部流体流向包括前端和后端，在靠近前端的一侧设有供气室；所述试验件叶片的压力面与吸力面上分别划分有靠近所述供气室的测量修正区域和远离所述供气室的测量区域；其中，所述测量区域设有一或多排气膜孔，用于计算所述试验件叶片对应不同曲率处的气膜冷却有效度；所述供气室用于向所述气膜孔提供冷气并对其流量进行控制；
所述测量区域和所述测量修正区域之间设有若干引压孔，用于所述试验件叶片不同曲率处压力分布的测量和调节以及吹风比的计算。
2.根据权利要求1所述的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，其特征在于，所述吹风比的计算公式为：
其中，ρc、uc分别为冷气流的密度和速度；ρr、ur分别为外部流体的密度和速度。
3.根据权利要求1所述的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，其特征在于，所述测量气膜冷却有效度的计算公式为：
所述修正气膜冷却有效度的计算公式为：
其中，Twr为所述测量区域对应的壁面温度；Tws为所述测量修正区域对应的壁面温度；
Tr为所述试验件叶片的外部流体温度；Tc为冷气温度。
4.根据权利要求3所述的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，其特征在于，所述基于测量修正模式得到的所述绝热气膜冷却有效度的计算公式为：
其中，ηr为有所述气膜孔覆盖的所述测量区域的测量气膜冷却有效度；ηs为无所述气膜孔覆盖的所述测量修正区域的修正气膜冷却有效度。
5.根据权利要求1所述的叶栅气膜冷却试验的测量修正方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述试验件叶片达到流动和传热的稳定状态时，通过改变所述试验件叶片的壁面温度和热流密度，依据牛顿冷却定律得到所述测量区域对应的换热系数的计算公式为：
所述测量修正区域对应的换热系数的计算公式为：
其中，Twr，i、Tws，i分别为第i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的测量值；分别为i次的所述测量区域和所述测量修正区域对应的壁面温度的平均计算值；qi为第i次的所述试验件叶片的壁面热流密度的测量值；/>为i次的所述试验件叶片壁面热流密度的平均计算值。
6.一种叶栅气膜冷却试验的测量修正装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取试验件叶片的壁面温度、外部流体温度和冷气温度；所述壁面温度的获取通过红外摄像机对所述试验件叶片的表面温度云图进行记录、采集而得到，利用红外摄像机以相同的时间间隔采集多张所述试验件叶片的表面温度云图，然后平均作为当次所述壁面温度的测量值；所述外部流体温度和冷气温度选用热电偶测量；
处理模块，用于通过计算分别得到测量区域对应的测量气膜冷却有效度和测量修正区域对应的修正气膜冷却有效度；
修正模块，用于基于测量修正模型，通过所述修正气膜冷却有效度对所述测量气膜冷却有效度进行修正，得到所述试验件叶片的绝热气膜冷却有效度；
所述试验件叶片沿其外部流体流向包括前端和后端，在靠近前端的一侧设有供气室；所述试验件叶片的压力面与吸力面上分别划分有靠近所述供气室的测量修正区域和远离所述供气室的测量区域；其中，所述测量区域设有一或多排气膜孔，用于计算所述试验件叶片对应不同曲率处的气膜冷却有效度；所述供气室用于向所述气膜孔提供冷气并对其流量进行控制；
所述测量区域和所述测量修正区域之间设有若干引压孔，用于所述试验件叶片不同曲率处压力分布的测量和调节以及吹风比的计算。
7.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器及处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如权利要求1至5中任一项所述叶栅气膜冷却试验的测量修正方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述叶栅气膜冷却试验的测量修正方法。
CN202111492400.5A 2021-12-08 2021-12-08 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质 Active CN114151148B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111492400.5A CN114151148B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111492400.5A CN114151148B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114151148A CN114151148A (zh) 2022-03-08
CN114151148B true CN114151148B (zh) 2024-02-23

Family

ID=80453833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111492400.5A Active CN114151148B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114151148B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070374A (zh) * 2023-02-15 2023-05-05 北京航空航天大学 一种考虑热辐射的涡轮叶片气膜冷却效率修正方法
CN116542181B (zh) * 2023-06-26 2023-09-22 中国核动力研究设计院 影响表征指标确定方法、装置和介质

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB494482A (en) * 1937-02-20 1938-10-26 Porsche Ferdinand A Improvements in means for testing aircraft engines
US5125798A (en) * 1990-04-13 1992-06-30 General Electric Company Method and apparatus for cooling air flow at gas turbine bucket trailing edge tip
JP2004353550A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd インピンジ・ピンフィン複合冷却構造の冷却性能予測方法
CN1602236A (zh) * 2001-10-09 2005-03-30 铬合金气体涡轮公司 一种从燃气涡轮发动机构件的冷却孔中除去涂层材料的方法
JP2011141277A (ja) * 2010-01-07 2011-07-21 General Electric Co <Ge> 外部流を導入した熱検査システム及び方法
JP2013076343A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Hitachi Ltd ガスタービン翼の修正方法
CN107288690A (zh) * 2017-07-07 2017-10-24 厦门大学 一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法
CN110261009A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 北京航空航天大学 基于线性底层假设的壁面热流密度测量方法和装置
CN110608070A (zh) * 2019-07-29 2019-12-24 大唐东北电力试验研究院有限公司 汽轮机最小安全流量控制方法
CN111950148A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 江苏深蓝航天有限公司 液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备
CN112065510A (zh) * 2020-10-14 2020-12-11 上海电气集团股份有限公司 一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构
CN112765908A (zh) * 2021-01-14 2021-05-07 大连理工大学 一种基于图像序列分析的燃气涡轮发动机燃烧室稳定性分析方法
CN113609615A (zh) * 2021-08-03 2021-11-05 中国航发湖南动力机械研究所 一种涡轮叶片多排气膜冷效修正计算方法
CN113738451A (zh) * 2021-09-15 2021-12-03 西安交通大学 一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9744614B2 (en) * 2013-11-18 2017-08-29 General Electric Company Method for modifying an aperture and system for modifying flow through a component
US10500678B2 (en) * 2016-10-06 2019-12-10 Xiamen University Method for producing drilled cooling holes in a gas turbine engine component
JP6655589B2 (ja) * 2017-11-29 2020-02-26 三菱重工業株式会社 計測システム、加工システム、計測方法及びプログラム

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB494482A (en) * 1937-02-20 1938-10-26 Porsche Ferdinand A Improvements in means for testing aircraft engines
US5125798A (en) * 1990-04-13 1992-06-30 General Electric Company Method and apparatus for cooling air flow at gas turbine bucket trailing edge tip
CN1602236A (zh) * 2001-10-09 2005-03-30 铬合金气体涡轮公司 一种从燃气涡轮发动机构件的冷却孔中除去涂层材料的方法
JP2004353550A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd インピンジ・ピンフィン複合冷却構造の冷却性能予測方法
JP2011141277A (ja) * 2010-01-07 2011-07-21 General Electric Co <Ge> 外部流を導入した熱検査システム及び方法
JP2013076343A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Hitachi Ltd ガスタービン翼の修正方法
CN107288690A (zh) * 2017-07-07 2017-10-24 厦门大学 一种基于曲线参数化的涡轮叶片气膜孔形位参数修正方法
CN110261009A (zh) * 2019-07-09 2019-09-20 北京航空航天大学 基于线性底层假设的壁面热流密度测量方法和装置
CN110608070A (zh) * 2019-07-29 2019-12-24 大唐东北电力试验研究院有限公司 汽轮机最小安全流量控制方法
CN111950148A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 江苏深蓝航天有限公司 液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备
CN112065510A (zh) * 2020-10-14 2020-12-11 上海电气集团股份有限公司 一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构
CN112765908A (zh) * 2021-01-14 2021-05-07 大连理工大学 一种基于图像序列分析的燃气涡轮发动机燃烧室稳定性分析方法
CN113609615A (zh) * 2021-08-03 2021-11-05 中国航发湖南动力机械研究所 一种涡轮叶片多排气膜冷效修正计算方法
CN113738451A (zh) * 2021-09-15 2021-12-03 西安交通大学 一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Convex Curvature Effects on Film Cooling Adiabatic Effectiveness;James R. Winka等;Journal of Turbomachinery;136;第1-9页 *
SCALING OF PERFORMANCE FOR VARYING DENSITY RATIO COOLANTS ON AN AIRFOIL WITH STRONG CURVATURE AND PRESSURE GRADIENT EFFECTS;Marcia I. Ethridge等;Proceedings of ASME TURBOEXPO 2000;第1-9页 *
涡轮叶片表面气膜冷却效率的实验研究;朱惠人等;推进技术;24(6);第2节 *
透平叶片表面单排孔气膜冷却效率试验研究;陈大为等;热力透平;50(3);第173-177+199页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114151148A (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114151148B (zh) 叶栅气膜冷却试验的测量修正方法、装置、设备及介质
JP5079815B2 (ja) 燃焼機関のｅｇｒ回路の出力における排気ガス温度の推定方法
Ling et al. Compact open cathode feed system for PEMFCs
CN108691797B (zh) 一种散热风扇调速控制装置及方法
US20110190946A1 (en) Method And System Of Energy-Efficient Control For Central Chiller Plant Systems
CN102338568B (zh) 基于清洁系数指标的电厂凝汽器性能在线监测系统及方法
CN109962318A (zh) 基于双模糊控制的电池包冷却液流量控制系统及控制方法
CN107014240B (zh) 一种冷却塔冷却效率监测方法及系统
CN109186815B (zh) 一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置
CN109373778A (zh) 一种逆流式自然通风冷却塔冷却能力评价及验算方法
CN110807261A (zh) 一种抽汽供热型燃气-蒸汽联合循环机组变工况性能简易计算方法
CN113361040B (zh) 一种发动机整机条件下燃烧室出口温度评估方法
CN110469530B (zh) 电站锅炉轴流式引风机性能测试系统及其效率测试方法
Ostanek et al. Effects of non-uniform streamwise spacing in low aspect ratio pin fin arrays
CN110991023A (zh) 套管式加热流动通道内温度分布及边界线功率密度计算方法
CN110153526A (zh) 一种真空钎焊炉热区高效控温系统
CN107451304B (zh) 再热器传递函数模型的机理建模计算方法
CN112414739B (zh) 可进行瞬态和稳态测量试验的燃气涡轮实验台与试验方法
CN210387875U (zh) 一种真空钎焊炉热区高效控温系统
Wang et al. An experimental investigation on cooling performance of a laminated configuration using infrared thermal image technique
CN113591361A (zh) 一种航空烘箱控制传感器定位方法、装置、设备及介质
CN105184043B (zh) 基于单个无量纲数的凝汽器传热系数计算方法
CN106894853A (zh) 凝汽式汽轮机冷端节能诊断方法
Wu et al. Two-dimensional temperature distribution estimation for a cross-flow planar solid oxide fuel cell stack
CN112901545A (zh) 一种空冷风机温度场控制方法、装置和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant