微尺度射流、平板邊界層及葉柵流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以某型微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)研制為背景，以認(rèn)識(shí)微尺度下粘性流體流動(dòng)狀態(tài)及其機(jī)理和微渦輪葉柵通道內(nèi)部流動(dòng)特性為目的，設(shè)計(jì)并搭建了除本實(shí)驗(yàn)外還可供其他流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)使用的微型風(fēng)洞，并在該微型風(fēng)洞基礎(chǔ)上進(jìn)行了微尺度射流實(shí)驗(yàn)、微尺度壁面邊界層實(shí)驗(yàn)和微尺度渦輪葉柵實(shí)驗(yàn)。 微射流實(shí)驗(yàn)在出口寬度固定為20mm情況下，選取了3種不同出口高度：2mm，3mm和5mm，并通過改變速度使出口高度雷諾數(shù)在約20000到約55000之間改變，實(shí)驗(yàn)得到了流

2、動(dòng)圖譜和微射流數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微射流中內(nèi)外層流體微團(tuán)之間的動(dòng)量交換較常規(guī)大尺度下減弱，摻混變得相對(duì)緩慢，射流特征半厚度相對(duì)減小，從而初始段擴(kuò)張角和基本段極角都有所減小。該實(shí)驗(yàn)還同時(shí)研究了下游較遠(yuǎn)處射流流動(dòng)情形，發(fā)現(xiàn)其摻混強(qiáng)度在微尺度二維平面射流和常規(guī)三維射流之間。 微尺度平板邊界層實(shí)驗(yàn)選取從總長(zhǎng)度為15mm的微平板前緣8mm到14mm之間的7個(gè)站位，4種馬赫數(shù)，13個(gè)不同雷諾數(shù)（從35000到150000）的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了

3、該尺度下邊界層流動(dòng)的一些新的特點(diǎn)，如形狀因子比常規(guī)大尺寸下充分發(fā)展湍流狀態(tài)的形狀因子更小等。 微尺度葉柵實(shí)驗(yàn)使用弦長(zhǎng)5.64mm的VKI-1葉型，選取了4種安裝角度，3種葉尖間隙，4種出口主流馬赫數(shù)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，得到了葉柵出口的總損失分布云圖，發(fā)現(xiàn)微尺度葉柵柵后高損失區(qū)域與柵距的比例較常規(guī)大尺度下明顯增大；同時(shí)對(duì)葉柵出口流動(dòng)損失進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)為了提高渦輪的效率，需要盡可能減小葉尖間隙并選擇合適的安裝角度（針對(duì)本實(shí)驗(yàn)中葉柵，最佳