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采樣密度即是單位面積的測點數目,它對燃燒效率和溫度分布系數測量偏差都有明顯的影響。在扇形段試驗中,平均約 ."><的溫度場面積內安排一個采樣點。若再提高密度,則會帶來結構方面的困難,流通面積堵塞也會過大。
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試驗統計表明,欲使燃燒效率測量偏差小于 ",采樣密度平均需大于 點 % &’();欲使溫度分布系數測量偏差小于 &",采樣密度平均需大于 ) *點 % &’(),即每 +’()溫度場面積內應至少安排一個采樣點;欲使溫度分布系數測量偏差小于 *",則采樣密度應大于 ) ,點 % &’(),即每 - +’()溫度場面積內應至少安排 個采樣點。這表明欲達到給定測量偏差,所需采樣密度與溫度分布均勻程度有關。
對于扇形段與全環出口溫度分布的試驗研究表明:扇形試驗件試驗結果存在明顯偏差,并且當扇形段包含的頭部(噴嘴)數量增大時,其偏差減少。對于 ,&.扇形段,其出口溫度分布系數 +/,與全環試件的溫度分布系數占 +有下列近似關系:
+ 0++/當采用扇形段調試溫度場時,可使扇形段調試的溫度分布系數 +/1 0&2+3,+3為全環試驗溫度分布系數,例如, +3 0&)*,則扇形段 +/1 0&2*。燃燒室部件試驗測得的出口溫度分布系數優于發動機試車結果。發動機試車測得的 ,+較差、熱區較大,熱點溫度也較高,溫度數據離散度亦高。
(+)試驗有關問題
試驗中應注意下列問題:
"試驗開始前,必須校準儀器、調整量程和零點;全面檢查儀器之后,開動中心設備預熱器,并把空氣加熱到試驗溫度。 在一定壓力下通冷空氣,檢查設備接合面和安裝邊是否漏氣。 啟動冷卻水泵,使冷卻水流進試驗段。應監控移位測頭的冷卻水、噴管內、外環冷卻
水和旋轉鼓筒冷卻水的壓力,并測量冷卻水流量和溫度。
%在要求的空氣流量下,加溫試驗段和燃燒室試件。當燃燒室進口空氣溫度達到 -&&4左右時,輔助加溫器系統開始工作。噴氣發動機、加力燃燒室及熱交換器最后使進口空氣溫度達到所要求的工作溫度。
&一經達到要求的進口條件,就要仔細調整試驗段的進氣閥和排氣閥,直到達到所要求的壓力和流量條件。此后,燃燒試件點火并開始試驗。調整冷卻水以保持燃燒、加溫和冷卻時在安全極限之內。水套的出口水溫保持在 5*4以下,熱燃氣進人中心設備排氣系統以前降溫到 &4以下。
’冷卻時除了關閉加力燃燒室和噴氣發動機之外,還通過冷卻流支路隔離輔助加溫器,迅速降低試驗段的溫度至安全操作溫度。這樣便于燃燒室的拆卸以及安裝下一個燃燒室試件。
*壁溫測溫
火焰筒壁溫測量,其一是驗證火焰筒冷卻設計的有效性和冷卻空氣量的影響,為火焰筒壁應力分析提供壁溫分布數據;其二掌握壁溫高的位置和原因,改進冷卻結構設計,確定氣動和結構參數對壁溫的影響。
()測量方法
通常采用示溫漆法和熱電偶法測量壁溫。
"示溫漆法可以大面積地或在整個火焰筒上涂覆測溫,簡單易行,不干擾燃燒室流動。
其缺點是測量精度較低,目視判讀視差較大,達 6 -&4。采用 78-&&色彩色差計測量火焰 •-)•
筒表面顏色可使誤差縮至 "。該型色彩色差計采用 %種彩色系統測量彩色絕對值,同時測量亮度、色飽和和色調角。通過測量值與樣板對比,根據在標準溫度爐加熱獲得的彩色樣板,可以獲得被測火焰筒壁溫。
涂一次示溫漆只能測量一次,涂層厚度為 " &’(,若漆層過厚,在試驗中則容易脫落;漆層過薄,火焰筒壁形成的背景顏色則會影響判讀。試驗后可對表面吹砂去掉漆層,以備重新涂漆。
"熱電偶法測量精度高。因為偶絲可明顯影響燃燒室二股通道中的氣流流動。將熱電偶置于溝槽內、點焊并進行等離子噴涂,然后打平磨光。試驗時利用數據采集系統來獲得試驗狀態下的壁溫數據,并打印輸出。
火焰筒壁溫實際測量中可首先采用示溫漆法對火焰筒壁溫進行普遍考察,然后再用熱電偶法較精確測量所關心部位的溫度,特別是高溫區。整機試車中多采用示溫漆法。常用示溫漆有 )*—單— +%和 )*—單— ,,其變色溫度間隔 "% &%,測溫范圍 ’ & -.。(")壁溫試驗狀態和測點布置壁溫測量通常選取地面臺架最大狀態、空中最大熱負荷狀態和巡航狀態作為火焰筒壁溫試驗狀態。試驗件包括單頭部、扇形和全環試件等。全環試件用于考察設計點和最大熱負荷工況下的壁溫情況。在發動機上測火焰筒壁溫可作為最終評定火焰筒壁溫的指標。用扇形段試驗時,在錄取性能的同時,可了解火焰筒壁溫情況和冷卻設計的合理性。
四、模擬準則
燃燒室試驗條件,特別是氣源能力,目前大多數不能滿足新型發動機全尺寸全環形燃燒室地面起飛等高工作狀態下的全參數試驗。以相似理論為基礎的模化試驗可以明顯降低對氣源能力的要求,簡化設備,縮短試驗周期、節約試驗費用。根據模化原理,歸納出數個相似準則,建立起燃燒性能與相似準則的關系,或給出燃燒室性能與相關參數群的牛理論半經驗關系。這對燃燒室設計和試驗均有重要指導意義。
燃燒室模化試驗是其研制過程中很重要的中間階段,試驗結果必須在臺架試車和試飛過程中檢驗,而且是一個進一步試驗器上改進、臺架調試的反復過程。
當前,模化試驗用氣源和設備能力已有明顯提高,而且隨著燃燒數值模擬技術的發展,也激勵了燃燒設計師去改進和完善模化方法。盡管如此,用扇形段試驗器進行燃燒室試驗研究仍在以后的一段時間里起著重要的作用。
在扇形段試驗器上,用較低壓力和較低流量所測定的燃燒室主要性能指標( //、 、
//
0 分布、貧富油熄火極限、點火性能和壁溫)和真實情況下對應指標的關系即是模擬準則
’
所要解決的主要問題。目前,試驗中常用的模擬準則如下所述。
+1等速度準則
%進口空氣流速 *,與實際工作狀態相等。
,
"進口壓力 2 不低于 1 "324。
&進口溫度加溫至所要求的 0, 。
•++,,•
幾何尺寸相等。
"使用相同燃料并保持各狀態下。與實際工作狀態的值相等。
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