专利名称：先进旋涡燃烧室流动特性实验系统的制作方法
技术领域：
本发明属于先进旋涡燃烧室冷态流动特性实验研究的实验装置领域。
技术背景旋转冲压发动机是美国Ramgen动力公司正在研制的一种创造性地融航空冲 压发动机技术和燃气轮机技术于一体的新概念发动机，其核心技术是激波增压 技术和先进旋涡燃烧技术(简称AVC)。AVC原理是在燃烧室内布置前后两个钝体，气流流通前、后钝体，在剪切层 作用下，形成系列交互排列并挂住或锁住于两钝体之间的涡旋，不仅强化了主 流与引燃燃料混合、燃烧区域径向扩展，而且增强了抵制外流场脉动能力，在 燃烧室内可以形成稳定、燃烧完全、大控制表面的主火焰区域，稀燃料和富燃 料熄火极限得到扩展、燃烧效率提高和污染排放降低，燃烧性能明显优越于传 统驻涡(简称TVC)燃烧技术。对于全新概念发动机一旋转冲压发动机，其研究的 一项重要目标就是提高燃气轮机燃烧效率、降低污染物排放，目标得以实现的 关键就在于AVC技术的组织上，也就是怎样将AVC技术合理地应用于高速旋转 的旋转冲压单元中。关于高速旋转条件下燃烧火焰的稳定技术研究，国内外相 关的文献甚为鲜见。因此，对AVC进行全面、深入的研究就显得十分必要。 发明内容本发明的目的就是提供一种结构简单、操作方便、分析成本低的旋转冲压 发动机AVC平面展开冷态流动特性研究的先进旋涡燃烧室流动特性实验系统。本发明的技术解决方案是，先进旋涡燃烧室流动特性实验系统，包括气流 供给系统、模拟小型低速风洞、核心实验件、测试系统和控制台组成。气流供 给系统包括电机、高压离心通风机、进气消音器、调解风门、输气管道稳压筒。 高压离心通风机与进气消音器相连，进气消音器出口与调解风门进口相连，调 解风门出口与输气管道稳压筒相连。输气管道稳压筒与模拟小型风洞圆转方管 通过法兰相连。模拟小型低速风洞由圆转方管、整流网、方管组成。圆转方管 与方管通过法兰相连，两法兰间布置整流网。模拟小型低速风洞上盖板上开有 测量孔。核心实验件放置于模拟小型低速风洞内部。核心实验件由方形通道、前钝体、后钝体和前后钝体距离调节机构组成。方形通道入口为楔形。在方形 通道内沿轴向方向布置前、后钝体。后钝体和前后钝体距离调节机构与后钝体 相连。方形通道底板开有后钝体滑道。核心实验件由方形通道上盖板上开有测 试孔。测试系统包括速度探针、五孔探针、坐标架、温度计、气压计、压力变 送器。速度探针固定于模拟小型低速风洞方管的盖板上，速度探针的总压、静 压孔分别通过塑料软管与压力变送器相连，压力变送器信号线与控制台数据采 集板相连。数据采集板被置于控制台内。五孔探针固定于坐标架上，五孔探针 五个压力孔通过塑料软管分别与压力变送器相连，压力变送器信号线与控制台 数据采集板相连。坐标架与步进电动机相连，控制步进电动机数据线和导线与 控制台相连。本发明的实验方法选定某一尺寸的后钝体，将其安装于核心实验件的方形 通道内，调节后钝体和前后钝体距离调节机构到给定距离。调解风门闸板调至 最小，启动电机带动风机，调节调解风门控制气流到给定的流速和总压条件下。 在控制台的计算机上，通过五孔探针定位对话窗口设置探针初始坐标位置，然后，设置探针在x、 y、 z三个方向移动的距离、范围和测点间隔等。启动控制台测试按钮，计算机采集预先布置好的空间测点的测量数据。利用五孔探针的 校正系数、流体控制基本方程得出的关系式，编制整理数据程序，对采集数据 进行分析。本发明的有益效果是，通过本发明，可以研究不同几何结构的后钝体、前后钝体间的距离、气流的总压、流速对AVC总压损失、三维速度矢量分布、压 力分布和前后钝体间形成的凹腔内旋涡结构的影响，通过AVC冷态气流流通的 流场分布规律，可以判断或改进其性能和结构。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。图l是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的实验段结构示意图。图3是本发明的模拟小型风洞盖板示意图。图4是本发明的核心实验件示意图。图5是本发明的核心实验件示意旋转图。图中，1.电机，2.高压离心通风机，3.调解风门，4.输气管道稳压筒，5. 支架，6.圆转方管，7.模拟小型低速风洞方管，8.温度计，9.速度探针，10.五 孔探针，ll.速度探针，12.五孔探针固定于坐标架，13.控制台，14.信号线与 导线，15.支架，16.整流网，17.核心实验件方形通道，18.前钝体，19.后钝体， 20.模拟小型低速风洞方管盖板，21.进口速度探针测孔，22.五孔探针测？L， 23. 出口速度探针测孔，24.核心实验件方形通道楔形进口， 25.核心实验件方形通 道底板，26.后钝体滑道，27.拉杆，28.调节机构支架，29.核心实验件方形通 道改板，30.核心实验件方形通道侧板。
具体实施方式
先进旋涡燃烧室流动特性实验系统，包括气流供给系统、模拟小型低速风 洞、核心实验件、测试系统和控制台组成。气流供给系统包括电机1、 75KW的 高压离心通风机2、进气消音器、调解风门3、输气管道稳压筒4。调节调节风 门3闸板可调整气流的总压和速度。模拟小型低速风洞由圆转方管6、整流网 16、方管17组成。圆转方管6为5mm厚的钢板。圆转方管6出口与方管17通 过法兰相连，两法兰间布置孔隙率为0.85的整流网16。方管17是角钢框架结 构，盖板20和底板是8mm厚的有机玻璃板，侧壁板是10mm的有机玻璃板，盖 板20上开有测试孔，未布置测试孔由堵块封死。核心实验件放置于模拟小型低 速风洞内部。核心实验件由方型通道、前钝体18、后钝体19和前后钝体距离调 节机构27和28组成。方形通道为100X100mm方管构成、方管底板25是8腿 厚铝板、侧板30为lOmm有机玻璃板、盖板29为8mm有机玻璃板，盖板上开测 试孔。方形通道入口 24为角度小于20度楔形。在方形通道内沿方向布置前、 后钝体。前钝体头部为半圆形、后部为长方体，沿核心实验件的轴线方向长度 为181.5mm，橫向宽度为63mm，高为100mm。后钝体的宽度在25-60之间变化、 厚度在20-40之间变化。核心实验件底板开有轨道槽，后钝体放置在底板轨道 槽上。后钝体和前后钝体距离调节机构与后钝体相连，前、后钝体之间的距离 调节范围在25mm-70mm之间。测试系统包括速度探针9和11、五孔探针10、坐 标架12、温度计8、气压计、压力变送器组成。L形速度探针9和11固定于模 拟小型低速风洞方管的盖板20上，速度探针的总压9和11静压孔分别通过塑 料软管与压力变送器相连，压力变送器信号线14与控制台数据采集板相连。五孔探针10是五孔球头探针、头部直径为5mm。五孔探针10固定于坐标架12上， 五个压力孔通过塑料软管分别与压力变送器相连，压力变送器信号线14与控制 台13数据采集板相连。固定探针坐标架12可以升降，也可以横向纵向移动。 实验分别选定29. 56mm、 37. 92mm、 46. 28mm、 50. 64mm的后钝体，将其安装于核 心实验件的方形通道内，调节后钝体和前后钝体距离调节机构到给定距离分别 为37. 8膽，44. lmm， 50. 4mm。调解风门闸板调至最小，启动电机带动风机，调节 调解风门控制气流到总压为103941. 4Pa时，出口为当地大气压力。在控制台的 计算机上，通过五孔探针定位对话窗口设置探针初始坐标位置分别在z二10ram、 20mm、 30鹏、40,、 50mm、 60腿、70腿、80mm、 90mm 7K平面上，然后，设置探 针在x、 y两个方向移动的距离、范围和测点间隔等。启动控制台测试按钮，计 算机采集预先布置好的z30mm水平面上测点的测量数据。利用五孔探针的校正 系数、流体控制基本方程得出的关系式，编制整理数据程序，对采集数据进行 分析。计算机记录下测点的空间坐标值、进口温度、进口压力、进口总压、出 口总压、当地大气压、五孔探针五孔压力值及绕y轴和z轴旋转的角度等数值。 利用五孔探针的校正系数、流体控制基本方程得出的关系式，编制整理数据程 序，对采集数据进行分析。
权利要求
1.先进旋涡燃烧室流动特性实验系统，其特征在于，包括气流供给系统、模拟小型低速风洞、核心实验件、测试系统和控制台组成；气流供给系统包括电机(1)、高压离心通风机(2)、进气消音器、调解风门(3)、输气管道稳压筒(4)；高压离心通风机(2)与进气消音器相连，进气消音器出口与调解风门(3)进口相连，调解风门(3)出口与输气管道稳压筒(4)相连；输气管道稳压筒(4)与模拟小型风洞圆转方管(6)通过法兰相连；模拟小型低速风洞由圆转方管(6)、整流网(16)、方管(17)组成；圆转方管(6)与方管(17)通过法兰相连，两法兰间布置整流网(16)；模拟小型低速风洞上盖板(20)上开有测量孔；核心实验件放置于模拟小型低速风洞内部；核心实验件由方形通道、前钝体(18)、后钝体(19)和前后钝体距离调节机构(27)和(28)组成；方形通道入口(24)为楔形；在方形通道内沿轴向方向布置前钝体(18)、后钝体(19)；后钝体(19)和前后钝体(18)距离调节机构与后钝体相连；方形通道底板(25)开有后钝体滑道(26)；核心实验件由方形通道上盖板上开有测试孔；测试系统包括速度探针(9)和(11)、五孔探针(10)、坐标架(12)、温度计(8)、气压计、压力变送器；速度探针(9)和(11)固定于模拟小型低速风洞方管的盖板(20)上，速度探针(9)和(11)的总压、静压孔分别通过塑料软管与压力变送器相连，压力变送器信号线与控制台(13)数据采集板相连；数据采集板被置于控制台(13)内；五孔探针(10)固定于坐标架(12)上，五孔探针(10)五个压力孔通过塑料软管分别与压力变送器相连，压力变送器信号线(14)与控制台数据采集板相连；坐标架(12)与步进电动机相连，控制步进电动机数据线和导线(14)与控制台相连。
全文摘要
先进旋涡燃烧室流动特性实验系统属于先进旋涡燃烧室冷态流动特性实验研究的实验装置领域。本发明的整体实验装置包括气流供给系统、模拟小型低速风洞、核心实验件、测试系统和控制台组成。通过本发明，可以研究不同几何结构的后钝体、前后钝体间的距离、气流的总压、流速对AVC总压损失、三维速度矢量分布、压力分布和前后钝体间形成的凹腔内旋涡结构的影响规律。由AVC冷态气流流通的流场分布规律，可以判断或改进AVC性能和结构。主要适用于发动机制造领域。
文档编号G01M99/00GK101334332SQ20081001217
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者邓洋波 申请人:大连海事大学