環(huán)形葉柵流量系數(shù)試驗研究

1 引言

汽輪機(jī)通流部分中的靜、動葉片的流量系數(shù)直接影響設(shè)計人員對汽輪機(jī)通流能力大小的評估。目前對汽輪機(jī)通流能力的評估，大多數(shù)并不是使用流量系數(shù)，而是使用葉柵出口汽流角修正，這種方法存在一定的不足：只考慮了葉柵的出口幾何角大小的影響，且修正后的汽流角都大于幾何角，并沒有考慮型線內(nèi)、背弧的曲率(即特定的型線特征)對出口汽流角的影響。對于某些引進(jìn)型線，雖然有不同葉型的流量系數(shù)經(jīng)驗公式，但是在使用中發(fā)現(xiàn)按現(xiàn)有計算方法難以準(zhǔn)確評估靜動葉片的通流面積，尤其是靜葉片，計算的靜葉通流面積偏大，導(dǎo)致級反動度計算值偏高，進(jìn)而將影響對轉(zhuǎn)子軸向推力、漏氣損失等性能參數(shù)的準(zhǔn)確評估。因此應(yīng)該通過試驗對葉型流量系數(shù)進(jìn)行試驗驗證，評估經(jīng)驗公式的合理性，也可為以后通流設(shè)計計算提供數(shù)據(jù)支持。

登錄 GEO（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo）下載水稻芯片數(shù)據(jù)（GSE21651、GSE58603），兩組數(shù)據(jù)都是選擇研究鹽脅迫下水稻葉片基因的表達(dá)。水稻品 種分 別 為CSR11、PL177、IR64、VSR156， 其 中IR64、VSR156 為鹽敏感型水稻，CSR11、PL177 為鹽耐受型水稻[8-9]。

2 試驗葉型

本次試驗采用某四種引進(jìn)汽輪機(jī)靜葉葉型，都為直葉片，共組成四付環(huán)形葉柵。各葉柵的幾何參數(shù)見表1所示。

3 試驗設(shè)計及試驗平臺

由于試驗需測量葉柵的流量，因此設(shè)計為整圈環(huán)形葉柵。裝配時對葉片兩端進(jìn)行手工修磨以保證安裝完成后葉片根頂部間隙最小，同時為消除葉片根頂部與柵板之間的間隙漏汽對流量的影響，葉柵裝配完成后用硅膠僅將葉片根頂部的間隙填滿，以保證該間隙不會漏氣同時不影響通流面積。在內(nèi)外環(huán)距離出氣邊額線10mm處某柵距內(nèi)等分布置5個靜壓孔，用以測量葉柵出口根、頂部靜壓。

葉片根頂部沿流道加工成弧線狀，同時為了能夠測量氣流在葉片流道中的流動情況，每付葉柵選取相鄰兩只葉片，沿流道分別在內(nèi)弧和背弧表面開一排Φ0.5的靜壓孔，用以測量葉片表面靜壓，如圖1所示。

本次試驗在環(huán)形葉柵試驗臺上進(jìn)行，試驗臺結(jié)構(gòu)如圖2所示：

該試驗臺風(fēng)源由2500kW大功率鼓風(fēng)機(jī)提供，空氣進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)壓縮后進(jìn)行具有一定壓力溫度的氣源，通過空氣管道進(jìn)入試驗臺，經(jīng)過擴(kuò)壓段、穩(wěn)壓段、收斂段后可得到穩(wěn)定、連續(xù)的軸向流場。試驗葉柵放置于流場出口，汽流通過葉柵膨脹后排向大氣。在葉柵入口前段裝有一文丘里管流量計用于測量通過葉柵氣體的流量。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 數(shù)據(jù)處理

葉柵流量系數(shù)用下式計算：

葉柵的理論流量

=

式中：

為葉柵流量系數(shù)

葉柵的實際流量

雖然在教學(xué)方面各個學(xué)校已經(jīng)意識到每個學(xué)科應(yīng)該有側(cè)重的能力提升，高中物理中比較重視的能力便是解題能力的培養(yǎng)，但是由于新課改倡導(dǎo)的時間有限以及各方面條件的限制，使得目前解題能力在高中物理教學(xué)中還存在著一定的不足.

理論流量計算公式為：

=

2

2

式中：

2

葉柵出口等熵密度

王凱和楊一凡將趙天亮扶了起來。趙天亮向后一甩胳膊,把二人甩開,接著又向張連長撲去,卻被沈力一把拽住了胳膊:“干什么你!”

2

葉柵出口等熵速度

葉柵喉部總面積

其中等熵密度：

等熵速度：

式中：

1

葉柵入口總壓

1

葉柵入口總溫

苗圃無論在種植過程中還是種苗培育過程中能夠，都是非常常用的一種技術(shù)。通常情況下，苗圃氛圍臨時性苗圃和固定性苗圃兩個類型。臨時性苗圃的面積會相對較小，通常用于單一品種的培育。而固定苗圃的建立過程中，對于面積和土壤質(zhì)地都有著嚴(yán)格的要求，可以適應(yīng)各種林木種苗培育的工作，但相對對管理人員的管理能力也有著更高的要求。

從正常發(fā)酵大頭菜醬液(標(biāo)號為N)中和長膜大頭菜醬液(標(biāo)號為M)中共20株酵母菌株培養(yǎng)于YPD液體培養(yǎng)基，在28 ℃培養(yǎng)1天，肉眼觀察菌落形態(tài)為：部分試管內(nèi)溶液澄清，表面無膜生成，底部沒有沉淀；部分試管液體表面有膜形成，底部有沉淀存在，溶液有一定程度的渾濁。將20株酵母菌劃線在PDA瓊脂培養(yǎng)基上，28 ℃培養(yǎng)1天，菌落形態(tài)為：菌落顏色呈乳白色；菌落從側(cè)面觀察有凸起也有扁平，表面粗糙有褶皺，也有表面光滑；菌落邊緣有長出毛邊，也有呈現(xiàn)鋸齒狀，或者整齊無邊。分離菌株菌落形態(tài)觀察結(jié)果匯總?cè)氡?，菌落形態(tài)見圖1。

2

葉柵出口靜壓

空氣定壓比熱容，取1005 J/(kg·K)

通過試驗可以測得葉柵在不同的壓比下的流量系數(shù)，為方便對比，將設(shè)計公司提供的參考流量設(shè)為1，實際測量得的流量系數(shù)與參考數(shù)據(jù)相比，得到流量系數(shù)與壓比關(guān)系曲線，如圖7所示：

工質(zhì)的絕熱指數(shù)，空氣為1.4

葉型表面馬赫數(shù)按下式計算：

如此折騰了整整一夜。第二天一大早，我便爬起來穿好衣服準(zhǔn)備去醫(yī)院。老婆這才哈欠連天地出現(xiàn)在小屋門口問：你昨晚大號沒？假牙屙沒屙出來？我說：沒有。一語雙關(guān)。老婆說：讓你這一宿咳得，我一夜沒咋睡。老婆還不知道，她不但今晚沒有睡好，幾乎在今后的兩個多月里一直睡不好。

d. 進(jìn)氣總溫。在試驗筒體穩(wěn)流段內(nèi)對稱布置兩個熱電阻以測量進(jìn)氣總溫。

4.2 試驗內(nèi)容

在真實的流動中由于有損失和附面層的存在使實際流量總是小于理論流量，本次主要分析附面層對流量系數(shù)的影響。由于實際的流動中總是有附面層的存在，使得近壁面處的薄層內(nèi)流速很低甚至接近于零，因此相當(dāng)于使得流道內(nèi)的實際通流面積低于理論通流面積，從而影響流量系數(shù)。附面層的厚度影響通流面積，而一般來說附面層厚度與氣體的黏度和速度有關(guān)，而黏度主要受溫度影響，速度由壓比(進(jìn)氣總壓/排氣靜壓)決定，因此本次主要討論溫度和壓比對流量系數(shù)的影響。

環(huán)形葉柵試驗內(nèi)容：

(1)各葉柵流量系數(shù)隨壓比變化曲線。

(2)葉柵流量系數(shù)隨溫度變化曲線。

(3)各葉型型面馬赫數(shù)分布。

為得到以上結(jié)果，需要對以下參數(shù)進(jìn)行測量：

a、質(zhì)量流量。在葉柵進(jìn)口前布置有文丘里管流量計，以測量葉柵的實際流量。

(1)方案二總損失僅為6%，在四個方案中最小。

c、葉柵出口內(nèi)、外壁壁面靜壓。環(huán)形葉柵在葉柵出氣側(cè)內(nèi)外環(huán)距離出氣邊10mm處的某流道內(nèi)分布5個靜壓孔。

式中：

葉型表面靜壓

e.葉型表面壓力。每付葉柵選取兩只葉片在中截面處的內(nèi)弧和背弧處開Φ0.5靜壓孔，用以測量葉片表面靜壓。

4.3 試驗結(jié)果及分析

4.3.1 型面馬赫數(shù)壓分布

從表中可以看出，除方案二外，其余三個方案流量系數(shù)均比設(shè)計值低約1.8%～2.5%，這可能是由于設(shè)計值未考慮端損引起的。而對于方案二流量系數(shù)比計算值高約2%，可能有以下三個原因：

硬件在回路仿真 （Hardware-in-the-Loop Simulation）主要是在上一階段已經(jīng)結(jié)束后，并已完成產(chǎn)品，而應(yīng)用的仿真。由于真實環(huán)境中測試條件有限不能對產(chǎn)品進(jìn)行多種情況的測試。這一階段就能應(yīng)用dSPACE實時仿真系統(tǒng)的硬件在回路仿真來實現(xiàn)。圖2是對汽車防抱死裝置（ABS）控制器的測試原理圖。

從型面馬赫數(shù)分布及型面靜壓分布圖可以看前三種葉型在葉片頭部速度差小，尾部速度差大，而方案四葉型葉片頭部速度差大，尾部速度差小，因此前三種葉型為后加載葉型，方案四葉型為前加載葉型。

4.3.2 變壓比試驗

陳樹華所說的黃龍病，由一種限于韌皮部內(nèi)寄生的革蘭氏陰性細(xì)菌，是世界柑橙生產(chǎn)上的毀滅性病害?！包S龍病雖不可治，但是可防可控。”陳樹華介紹。

空氣氣體常數(shù)，取287.1 J/(kg·K)

由圖中可看出葉柵流量系數(shù)隨著壓比升高是逐漸升高，且實際流量系數(shù)與設(shè)計流量系數(shù)都存在一定的差別，方案二葉型實際流量系數(shù)大于設(shè)計值，而其他三個方案都是小于設(shè)計值的。

1) 節(jié)點detect的作用為檢測Rovio在圖像中的位置：利用OpenCv將圖片采集到ROS中，并根據(jù)顏色特征選擇HSV值范圍。然后算法對檢測結(jié)果進(jìn)行濾噪處理，計算檢測所得到的閉環(huán)區(qū)域重心，作為目標(biāo)的圖像坐標(biāo)。然后通過pantiltzoom方程結(jié)合攝像頭當(dāng)前的參數(shù)信息，將Rovio的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為(pan,tilt)坐標(biāo)，也就是將目標(biāo)置于攝像頭圖像中心(x/2, y/2)時，其對應(yīng)攝像頭的橫縱轉(zhuǎn)角。最后將當(dāng)前攝像頭檢測到的所有機(jī)器人的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為(pan,tilt)數(shù)組，保存并發(fā)布到話題PanTilts。

另外將實際測得流量系數(shù)與設(shè)計公司提供的參考值對比如表2所示列于下表(注：前三個方案流量系數(shù)為在試驗壓比為1.12下數(shù)據(jù)，方案四試驗壓比為1.33,與實際機(jī)組上應(yīng)用壓比一致)：

由于型面靜壓孔較小，且加工難度較高，在實際測量當(dāng)中存在部分壞點，剔除壞點后得到各葉型型面馬赫數(shù)沿弦長方向分布，如圖3～圖6所示，其中Ms表示吸力面，Mp表示壓力面。

我國的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)多采用的就是鋼筋混凝土混凝土樁技術(shù)施工，而這種技術(shù)主要就是采用沖（鉆）孔灌注樁技術(shù)和預(yù)制樁錘擊（靜壓）沉樁技術(shù)以提高基礎(chǔ)的可靠性。樁基施工過程工期較為提前，土建單位缺乏充分規(guī)劃?；A(chǔ)是土建施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，也是建筑物生命的關(guān)鍵，但是由于前期準(zhǔn)備的不合理和不科學(xué)性，導(dǎo)致地基的施工質(zhì)量不過關(guān)，從而影響了整個土建工程的質(zhì)量。

b、葉柵進(jìn)口總壓。試驗時在葉柵進(jìn)口前直線段的上、下兩側(cè)各布置一總壓探針，以測量進(jìn)口總壓。

(2)方案二平均出氣角大于有效出口角約0.8°，而其它三個方案都接近或小于有效出口角，因此方案二通流能力更好，流量系數(shù)更高。

(3)另外從型面馬赫數(shù)分布來看，雖然方案一、方案二、方案三都是后加載葉型，但是方案二氣流加速位置比方案一、方案三靠前很多，因此方案二附面層較薄，流量系數(shù)高。

從葉型經(jīng)驗公式來看，其流量系數(shù)只有考慮了葉型節(jié)距、喉寬對流量系數(shù)的影響，而并沒有考慮壓比的影響，并且在實際設(shè)計的時候也是同樣認(rèn)為在小壓比時葉柵流量系數(shù)受壓比的影響很小，從而忽略了壓比變化對它的影響。但從試驗結(jié)果來看并不是這樣，從圖7可以看出，流量系數(shù)隨壓比的增加逐漸變大。這主要有兩方面原因，一是由于壓比增加使得氣流速度增加，氣流在流道內(nèi)加速更快，葉型表面及根頂部端壁附面層的厚度均有所減小，使通流有效面積增加，因此流量系數(shù)變大；二是從以往平面葉柵試驗的經(jīng)驗來看，壓比增加會使葉型總損失降低，同樣可使流量系數(shù)變大。從曲線整體來看，流量系數(shù)變化范圍并不是很大，最大與最小值之間差值不過2%，但是變化主要在小壓比區(qū)域，在壓比超過1.3后曲線趨于平緩，說明流量系數(shù)對小壓比更敏感。

科研績效評價指標(biāo)：謝梅、李強(qiáng)（2015）充分考慮科研投入與產(chǎn)出的滯后效應(yīng)，將績效評價指標(biāo)分為投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)，其中，投入指標(biāo)包括財力投入、物力投入和人力投入，產(chǎn)出指標(biāo)包括科研產(chǎn)出、社會服務(wù)產(chǎn)出、人才培養(yǎng)產(chǎn)出。仲潔（2016）運用主成分分析法和層次分析法，對五所教育部直屬高校的科研投入與產(chǎn)出進(jìn)行分析，構(gòu)建高?？蒲锌冃гu價指標(biāo)體系?？蒲型度氚蒲薪?jīng)費總額、課題投入數(shù)、科研人數(shù)、教師副高及以上比例、儀器設(shè)備資產(chǎn)值、圖書館藏書量。科研產(chǎn)出包括論文數(shù)、專著數(shù)、省部級成果獲獎數(shù)、專利出售收入、技術(shù)轉(zhuǎn)讓收入、碩士研究生數(shù)、博士研究生數(shù)。

從表2中可以看出實際測量得到的流量系數(shù)與設(shè)計值大概有2%的偏差，若按此設(shè)計值進(jìn)行通流設(shè)計，可能造成通流的不匹配，進(jìn)而影響機(jī)組效率。因此在設(shè)計過程中應(yīng)按壓比選取流量系數(shù)來計算通流能力，才能使設(shè)計更準(zhǔn)確。

另外對于方案二流量系數(shù)大于1，原因有很多，比如測量的誤差和公式的定義不同，這里不做過多討論。

根據(jù)W6蓋梁施工權(quán)重及風(fēng)險值計算與排序，可算出其他作業(yè)分解項各風(fēng)險因素的風(fēng)險值與權(quán)重值，并進(jìn)行排序，根據(jù)不同的風(fēng)險等級制定不同的防范措施，為風(fēng)險管理提供科學(xué)依據(jù)和工作指導(dǎo).

全球陸上常規(guī)天然氣田產(chǎn)量將繼續(xù)保持增長趨勢，由2017年的1.08萬億立方米增至2035年的1.46萬億立方米。中亞-俄羅斯地區(qū)仍保持主力地位，2035年產(chǎn)量占比高達(dá)62%。中東地區(qū)產(chǎn)量逐漸增加，2035年產(chǎn)量占比18%。2026年后，亞太及歐洲地區(qū)產(chǎn)量下降明顯。2020年，全球陸上常規(guī)天然氣田產(chǎn)量為11億噸油當(dāng)量，其中天然氣產(chǎn)量為1.2萬億立方米，凝析油產(chǎn)量為1.7億噸。2035年，全球陸上常規(guī)天然氣田產(chǎn)量為12億噸油當(dāng)量，其中天然氣產(chǎn)量為1.1萬億立方米，凝析油產(chǎn)量為2.5億噸。

4.3.3 變溫度試驗

溫度的變化也是影響氣體黏度的一個重要指標(biāo)，由于溫度對氣流的影響相同，因此各葉柵變化趨勢也應(yīng)相同，所以只針對方案一葉型做變溫度試驗。試驗時保持葉柵壓比不變，測量不同進(jìn)氣溫度時的流量系數(shù)，試驗壓比為1.12。根據(jù)試驗結(jié)果可得到如下曲線：

從圖8可以看出流量系數(shù)隨溫度的升高而減小，主要是由于空氣黏度隨溫度的升高而增加，因此附面層加厚，通流面積減小，因而流量系數(shù)減小。但是從圖8來看流量系數(shù)受溫度的影響并不大。受試驗條件限制，只測量了進(jìn)氣溫度為45℃和87℃時流量系數(shù)。查空氣動力性質(zhì)表可知空氣黏性45℃時這1.94×10

Pa·S，87℃時2.15×10

Pa·S，黏度增加約10%，而從試驗結(jié)果來看流量系數(shù)45℃時為0.9229，90℃時為0.9188，流量系數(shù)僅減小了0.3%?？芍獪囟葘α髁肯禂?shù)的影響比較小，當(dāng)溫度變化不大時可忽略其對流量系數(shù)的影響。

5 結(jié)論

(1)葉柵流量系數(shù)隨著壓比增加而增加，尤其是在低壓比下反應(yīng)更敏感；

(2)當(dāng)壓比不變時，溫度增加流量系數(shù)有略微減小，當(dāng)溫度變化不大時可以忽略溫度的影響。

(3)實際值與設(shè)計值存在一定偏差，因此通流計算時應(yīng)根據(jù)壓比選取合適的流量系數(shù)進(jìn)行計算。

[1]蔡頤年等. 蒸汽輪機(jī). 西安：西安交通大學(xué)出版社，1988.

[2]王保國等.氣體動力學(xué).北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[3]楊安建等.某燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃料噴嘴流量特性研究.東方汽輪機(jī)，2021.

[4]孔祥林等.環(huán)形葉柵試驗臺建立.東方電氣評論，2012.

[5]鐘兢軍等.變馬赫數(shù)渦輪平面葉柵流場的實驗研究，工程熱物理學(xué)報，2013.

[6]田朝陽等.汽輪機(jī)高效葉型開發(fā)氣動性能研究，汽輪機(jī)技術(shù)，2020.