CN115993251A - 风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，包括：实时测量获得风扇增压级试验件的前后参数、通过前后参数计算风扇增压级试验件的试验件内涵出口后环境相对湿度、通过试验件内涵出口后环境相对湿度，对风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正，以得到内涵进口换算流量。本发明创造的有益效果为在试验过程中，在不设置内涵出口后相对湿度测量装置、不影响试验件内涵出口后流场的前提下，实时计算获得试验件内涵出口后相对湿度，进而对试验件内涵进口换算流量进行湿度修正，有利于试验过程中全过程监视环境湿度对试验件性能的影响。

Description

风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法

技术领域

本发明涉及航空发动机部件试验领域，具体涉及一种风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法。

背景技术

风扇增压级部件为双涵道试验件，在试验过程中需要分别测量试验件内、外涵性能参数。其中，风扇增压级内涵物理流量使用文丘里管进行测量：文丘里管安装在试验件内涵出口后，如图1所示，通过测量文丘里管上游静压、喉部静压以及上游总温可计算得到试验件内涵物理流量。

试验件所处环境的相对湿度会对试验件的性能参数产生影响，故在必要情况下需要对试验件性能参数进行湿度修正。一般地，在试验环境中使用湿度传感器对环境相对湿度进行测量，并根据环境湿度测量结果对试验数据进行湿度修正。

受到湿度传感器体积及安装条件等因素制约，仅在试验件进气系统前安装湿度传感器进行进气相对湿度测量，并几乎不在与试验件内涵连接的文丘里管中安装湿度传感器。故无法对风扇增压级试验件内涵出口后相对湿度进行直接测量。且风扇增压级试验件内涵出口总温、总压均较试验件前总温、总压升高，根据相对湿度定义，试验件内涵出口后相对湿度较试验件前相对湿度发生变化，故无法直接使用试验件前相对湿度进行内涵流量湿度修正。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的缺陷，提供一种采用计算手段获得风扇内涵出口后湿空气相对湿度这一数据，进而对风扇增压级内涵性能参数进行湿度修正的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，包括：

步骤S1，测量获得所述风扇增压级试验件的前后参数，所述前后参数包括所述风扇增压级试验件的试验件前环境相对湿度、试验件前环境总温、试验件前环境总压、试验件内涵出口后总温、试验件内涵出口后总压；

步骤S2，通过所述步骤S1测量所得的所述前后参数计算所述风扇增压级试验件的试验件内涵出口后环境相对湿度；

步骤S3，通过所述步骤S2计算获得的所述试验件内涵出口后环境相对湿度，对所述风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正，以得到试验件内涵进口换算流量。

本技术方案中，可解决不在风扇增压级试验件内涵出口处安装相对湿度测量装置的前提下，通过理论方法获取试验件内涵出口后相对湿度；其有益效果为可在不影响内涵出口后流场、不影响文丘里管测量的状态下对内涵性能参数进行湿度修正，可较大限度的确保测量准确性。

较佳的，在所述步骤S1中，所述前后参数由测量装置直接测量采集实时数据。

本技术方案中，采用了实时测量的装置，可获得各实时阶段的计算参数，进而对试验件内涵进口换算流量进行实时湿度修正。有利于试验过程中全过程监视环境湿度对试验件性能的影响。

较佳的，在所述步骤S2中，所述试验件内涵出口后环境相对湿度计算方法，包括步骤S21，假定计算前提：取某一时刻经过进气流量管测量截面的湿空气作为研究对象，在将湿空气视作理想气体的前提下，将所述湿空气通过所述风扇增压级试验件增温增压的过程分为等温增压、等压增温两个子过程，等质量的湿空气在所述两个子过程中、在无新增水蒸气来源的条件下，湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力比值保持不变。

本技术方案中，限定了假定计算前提，便于后续阶段的工程计算。

较佳的，在所述步骤S2中，所述试验件内涵出口后环境相对湿度计算方法如下，还包括：

步骤S22，在所述步骤S21的假设前提下，在理想气体假设下，所述湿空气在试验件前和试验件后的湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力的压力比值相等；

步骤S23，在所述步骤S22的基础上，依据湿空气气体压力为所述湿空气内水蒸气分压力与所述干空气分压力之和的计算公式，计算获得试验件前环境总压、试验件内涵出口后总压：

步骤S24，利用所述步骤S1中测量的试验件前环境总温、试验件前环境总压、试验件前环境相对湿度、试验件内涵出口后总温以及试验件内涵出口后总压，根据相对湿度计算公式计算得到试验件前湿空气中水蒸气分压力、试验件前干空气分压力；继而计算出试验件内涵出口后湿空气中水蒸汽分压力、试验件内涵出口后干空气分压力；

步骤S25，根据试验件内涵出口后总温，通过水蒸气饱和蒸汽压与温度的关系公式，获得试验件内涵出口后总温下的水蒸气饱和蒸汽压，将试验件后水蒸汽分压力、水蒸气饱和蒸汽压代入所述相对湿度计算公式，计算获得所述试验件内涵出口后环境相对湿度。

本技术方案中，在进行风扇增压级性能参数湿度修正时，需要获得试验件内涵出口后相对湿度这一数据。但在风扇增压级内涵出口后安装相对湿度测量装置势必影响文丘里管内静压等数据的测量准确性。故需要采用计算手段获得试验件内涵出口后环境相对湿度这一数据，进而对风扇增压级内涵性能参数进行湿度修正。

较佳的，在所述步骤S3中，对所述风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正的湿度修正方法如下：

步骤S31，根据所述试验件内涵出口后环境相对湿度，计算获得试验件内涵出口后湿空气含湿量及试验件内涵出口后湿空气气体常数；

步骤S32，所述试验件内涵出口后湿空气含湿量、试验件内涵出口后干空气比热容计算所述试验件内涵出口后湿空气比热容，根据所述试验件内涵出口后湿空气比热容、所述试验件内涵出口后湿空气气体常数，计算获得试验件内涵出口后湿空气比热比；

步骤S33，内涵进口换算流量湿度修正部分为内涵物理流量，使用湿度修正后的所述试验件内涵出口后湿空气气体常数、湿度修正后所述试验件内涵出口后湿空气比热比即可获得湿度修正的内涵物理流量；

步骤S34，使用湿度修正后的内涵物理流量即可获得湿度修正的内涵进口换算流量。

本技术方案中，在进行风扇增压级性能参数湿度修正时，采用计算手段获得风扇内涵出口后湿空气相对湿度这一数据，对风扇增压级内涵性能参数进行进一步湿度修正。

较佳的，所述试验件内涵出口后环境相对湿度，位于文丘里管测量截面。

本技术方案中，所述试验件内涵出口后环境相对湿度当位于文丘里管测量截面时更准确。

较佳的，在所述步骤S32中，所述试验件内涵出口后湿空气比热比的计算方法为：所述试验件内涵出口后湿空气比热容与，所述试验件内涵出口后湿空气比热容与所述试验件内涵出口后湿空气气体常数的差值之间的比值。

本技术方案中，所述试验件内涵出口后湿空气比热比的计算方法，为了得到更精确的试验件内涵出口后湿空气比热比。

较佳的，所述试验件内涵出口后干空气比热比，由试验件内涵出口后总温及常数系数计算获得。

本技术方案中，所述试验件内涵出口后干空气比热比的计算方法，为了得到更精确的试验件内涵出口后干空气比热比。

较佳的，在所述步骤S33中，所述湿度修正后的内涵物理流量还由以下参数修正，试验件内涵出口后文丘里管流量系数、试验件内涵出口后文丘里管直径、湿度修正气体可膨胀系数、文丘里管喉部直径与上游直径比值、文丘里管上游静压、文丘里管喉部静压、考虑湿度修正的文丘里管测量截面马赫数。

本技术方案中，为了得到更精确的湿度修正后的内涵物理流量，引入了更多的数据参数。

本发明的积极进步效果在于：可以在不安装内涵出口后相对湿度测量装置的前提下，测量试验件前总温T_t0、总压P_t0、相对湿度RH₀及试验件内涵出口后总温T_tco、总压P_tco数据，在理想气体假设下使用相对湿度定义计算得到试验件内涵出口后相对湿度RH_co。

本发明创造的有益效果为在试验过程中，在不设置内涵出口后相对湿度测量装置、不影响试验件内涵出口后流场的前提下，根据风扇增压级试验件前总温、总压、相对湿度及试验件内涵出口后总温、总压实时计算获得试验件内涵出口后相对湿度，进而对试验件内涵进口换算流量进行实时湿度修正。有利于试验过程中全过程监视环境湿度对试验件性能的影响。

附图说明

图1A-1B为本发明风扇增压级试验件内涵出口后流量测量装置及相关参数采集位置。

图2为本发明湿空气通过风扇增压级实际过程及理想假设过程示意图。

图3A为本发明风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法的流程图。

图3B为本发明试验件内涵出口后环境相对湿度计算方法的流程图。

图3C为本发明对风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正的湿度修正方法的流程图。

图3D为本发明实施例风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法的流程图。

图中部件标记：

1 排气塔

2 内涵排气阀门

3 排气蜗壳

4 内涵转接段

5 文丘里管

6 试验件后环境总压P_tc0、试验件内涵出口后环境总温T_tco

7 P_{sven_up}为文丘里管上游静压

8 P_sven为文丘里管喉部静压

9 外涵排气

10 内涵排气

11 试验件

12 进气流量管

13 试验件前环境相对湿度RH₀、试验件前环境总温T_t0、试验件前环境总压P_t0。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

在进行风扇增压级性能参数湿度修正时，需要获得试验件内涵出口后相对湿度这一数据。但在风扇增压级内涵出口后安装相对湿度测量装置势必影响文丘里管内静压等数据的测量准确性。故需要采用计算手段获得风扇内涵出口后湿空气相对湿度这一数据，进而对风扇增压级内涵性能参数进行湿度修正。

使用本发明阐述的方法可在不安装内涵出口后相对湿度测量装置的前提下，测量获得风扇增压级试验件的前后参数，计算获取内涵出口后相对湿度，进而对风扇增压级试验件内涵性能参数进行湿度修正。

实施例

如图3A、3B、3C、3D所示，本专利风扇增压级试验件内涵换算流量湿度修正方法具体实施过程可分为试验件前后参数测量、试验件内涵出口后相对湿度计算、试验件内涵进口换算流量湿度修正三部分。

1、试验件前后参数测量

如图1A-1B所示，为本发明风扇增压级试验件内涵出口后流量测量装置及相关参数采集位置，排气塔1的上部进行外涵排气9，排气塔1的底部通过文丘里管5连接内涵排气阀门2、排气蜗壳3、内涵转接段4以及试验件11以及进气流量管12进行内涵排气10，在试验过程中，在风扇增压级试验件前设置相对湿度测量装置，测量试验件前环境相对湿度RH₀。并在风扇增压级试验件前测量试验件前环境总温T_t0、试验件前环境总压P_t0数据。

根据相对湿度定义，试验件前环境相对湿度为试验件前湿空气中水蒸气分压力与当前环境温度下饱和空气中水蒸气的分压力比值。详见式1。

饱和空气是指某一温度条件下，空气中水蒸气的分压力达到了这一温度下的饱和压力。饱和空气条件下，空气不再具有吸湿能力。饱和空气中水蒸气的分压力比值可通过拟合公式进行计算，详见式2。

可将试验件前环境总温测量值T_t0带入式2获得试验件前环境下的饱和蒸汽压P_v,Tt0,max。

根据式1、试验件前测得相对湿度RH₀及前述求得的P_v,Tt0,max，可获得试验件前环境条件下湿空气中水蒸气分压力P_v,Tt0。

2、试验件内涵出口后相对湿度计算

湿空气经过风扇增压级试验件这一过程为“升温、增压”的过程。温度增加导致试验件后环境的饱和蒸汽压P_v,Ttco,max较试验件前的饱和蒸汽压P_v,Tt0,max发生变化。此外，在湿空气通过试验件这一过程中，无新增水蒸气来源。

如图2所示，将湿空气通过试验件的过程视作“等温增压”、“等压增温”两部分。取某一时刻经过进气流量管测量截面的湿空气

作为研究对象。在湿空气为理想气体假设下，等质量的湿空气

在无新增水蒸气来源的“等温增压”过程中，视为独立封闭系统，湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力比值保持不变。即：

同样地，在湿空气为理想气体假设下，等质量的湿空气在无新增水蒸气来源的“等压增温”过程中，湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力比值保持不变。即：

故，在理想气体假设下，

在试验件前和试验件后的湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力的压力比值相等。

湿空气气体压力为水蒸气分压力与干空气分压力之和。

P_h＝P_v+P_d                        式6

故试验件前环境总压P_t0、试验件后环境总压P_tc0可分别写作：

P_t0＝P_v,Tt0,Pt0+P_d,Tt0,Pt0                  式7

P_tc0＝P_v,Ttco,Ptco+P_d,Ttco,Ptco                 式8

试验过程中测量试验件进口前环境总温T_t0、试验件进口前环境总压P_t0、空气相对湿度RH₀及试验件内涵出口后环境总温T_tco、试验件内涵出口后环境总压P_tc0。根据式1，可计算得到试验件前湿空气中水蒸气分压力P_v,Tt0,Pt0，进而可获得试验件前干空气分压力P_d,Tt0,Pt0。继而根据式4至式8、式1可联立解出试验件后水蒸汽分压力P_v,Ttco,Ptco、干空气分压力P_d,Ttco,Ptco。

根据试验件后总温Tt_co，通过水蒸气饱和蒸汽压与温度的关系(式2)获得试验件后总温下的P_v,Ttco,max。将P_v,Ttco,Ptco、P_v,Ttco,max代入式1，即可获得试验件内涵出口后相对湿度RH_co。

3、内涵进口换算流量湿度修正

根据试验件内涵出口文丘里管测量截面相对湿度RH_co，可获得试验件内涵出口后湿空气含湿量(详见式9)及试验件内涵出口后湿空气气体常数(详见式10)。

湿空气比热容为含湿量d_co、干空气比热容Cp_co(试验件内涵出口后)的函数。可获得试验件内涵出口后湿空气比热比。

式12中，用于计算水蒸气定压比热容多项式系数如下。

C₀＝1.79

C₁＝0.107

C₂＝0.586

C₃＝-0.20

式13中，γ_co为试验件内涵出口后干空气比热比。其计算方法如式15：

B₁＝0.72806730×10¹；

B₂＝-0.14341481×10^-2；

B₃＝0.23482926×10^-5；

B₄＝-0.10484129×10^-8；

B₅＝0.12429040×10^-12；

242K≤T_t0≤1000K

根据式10、式12、式13、式14、式15可以获得试验件内涵文丘里管出口后湿空气比热比γ_hco。

内涵进口换算流量湿度修正部分为内涵物理流量。使用湿度修正后的内涵出口后气体常数R_h、湿度修正内涵出口后空气比热比γ_hco即可获得湿度修正的内涵物理流量。

考虑湿度修正的内涵物理流量表达式详见式17至式23。

ΔP_ven＝P_{sven_up}-P_sven                 式18

其中，W_hco为试验件内涵湿度修正物理流量，C_{d_ven}为试验件内涵出口后文丘里管流量系数，D_ven为试验件内涵出口后文丘里管直径，ε_h为湿度修正气体可膨胀系数，β为文丘里管喉部直径与上游直径比值，P_{sven_up}为文丘里管上游静压，P_sven为文丘里管喉部静压，Ma_{hven_up}为考虑湿度修正的文丘里管测量截面马赫数。

故考虑湿度修正的内涵进口换算流量表达式如式24所示。

P_in为风扇增压级试验件进口处总压，T_in为风扇增压级试验件进口总温，P_ref为参考压力(101325Pa),T_ref为参考温度(288.15K)。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当了解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，包括：

步骤S1，测量获得所述风扇增压级试验件的前后参数，所述前后参数包括所述风扇增压级试验件的试验件前环境相对湿度、试验件前环境总温、试验件前环境总压、试验件内涵出口后总温、试验件内涵出口后总压；

步骤S2，通过所述步骤S1测量所得的所述前后参数计算所述风扇增压级试验件的试验件内涵出口后环境相对湿度；

步骤S3，通过所述步骤S2计算获得的所述试验件内涵出口后环境相对湿度，对所述风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正，以得到试验件内涵进口换算流量。

2.根据权利要求1所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述前后参数由测量装置直接测量采集实时数据。

3.根据权利要求1所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述试验件内涵出口后环境相对湿度计算方法，包括步骤S21，假定计算前提：取某一时刻经过进气流量管测量截面的湿空气作为研究对象，在将湿空气视作理想气体的前提下，将所述湿空气通过所述风扇增压级试验件增温增压的过程分为等温增压、等压增温两个子过程，等质量的湿空气在所述两个子过程中、在无新增水蒸气来源的条件下，湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力比值保持不变。

4.根据权利要求3所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述试验件内涵出口后环境相对湿度计算方法如下，还包括：

步骤S22，在所述步骤S21的假设前提下，在理想气体假设下，所述湿空气在试验件前和试验件后的湿空气内水蒸气分压力与干空气分压力的压力比值相等；

步骤S23，在所述步骤S22的基础上，依据湿空气气体压力为所述湿空气内水蒸气分压力与所述干空气分压力之和的计算公式，计算获得试验件前环境总压、试验件内涵出口后总压：

步骤S24，利用所述步骤S1中测量的试验件前环境总温、试验件前环境总压、试验件前环境相对湿度、试验件内涵出口后总温以及试验件内涵出口后总压，根据相对湿度计算公式计算得到试验件前湿空气中水蒸气分压力、试验件前干空气分压力；继而计算出试验件内涵出口后湿空气中水蒸汽分压力、试验件内涵出口后干空气分压力；

步骤S25，根据试验件内涵出口后总温，通过水蒸气饱和蒸汽压与温度的关系公式，获得试验件内涵出口后总温下的水蒸气饱和蒸汽压，将试验件后水蒸汽分压力、水蒸气饱和蒸汽压代入所述相对湿度计算公式，计算获得所述试验件内涵出口后环境相对湿度。

5.根据权利要求1所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述风扇增压级试验件的内涵进口换算流量进行湿度修正的湿度修正方法如下：

步骤S31，根据所述试验件内涵出口后环境相对湿度，计算获得试验件内涵出口后湿空气含湿量及试验件内涵出口后湿空气气体常数；

步骤S32，所述试验件内涵出口后湿空气含湿量、试验件内涵出口后干空气比热容计算所述试验件内涵出口后湿空气比热容，根据所述试验件内涵出口后湿空气比热容、所述试验件内涵出口后湿空气气体常数，计算获得试验件内涵出口后湿空气比热比；

步骤S33，内涵进口换算流量湿度修正部分为内涵物理流量，使用湿度修正后的所述试验件内涵出口后湿空气气体常数、湿度修正后所述试验件内涵出口后湿空气比热比即可获得湿度修正的内涵物理流量；

步骤S34，使用湿度修正后的内涵物理流量即可获得湿度修正的内涵进口换算流量。

6.根据权利要求1或4或5所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，所述试验件内涵出口后环境相对湿度，位于文丘里管测量截面。

7.根据权利要求5所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S32中，所述试验件内涵出口后湿空气比热比的计算方法为：所述试验件内涵出口后湿空气比热容与，所述试验件内涵出口后湿空气比热容与所述试验件内涵出口后湿空气气体常数的差值之间的比值。

8.根据权利要求7所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，所述试验件内涵出口后干空气比热比，由试验件内涵出口后总温及常数系数计算获得。

9.根据权利要求5所述的风扇增压级试验件内涵进口换算流量湿度修正方法，其特征在于，在所述步骤S33中，所述湿度修正后的内涵物理流量还由以下参数修正，试验件内涵出口后文丘里管流量系数、试验件内涵出口后文丘里管直径、湿度修正气体可膨胀系数、文丘里管喉部直径与上游直径比值、文丘里管上游静压、文丘里管喉部静压、考虑湿度修正的文丘里管测量截面马赫数。

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