[发明专利]非接触式热膜测试设备及压气机转子部件稳定性判别方法

权利要求书

1.一种适用于压气机转子部件稳定性判别方法，该方法以适用于旋转条件下的非接触式热膜测试设备为载体，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：对热膜测试设备进行标定与温度补偿分析；

步骤2：基于热膜测试设备得到压气机三维流场内流体速度分布；

步骤3：针对压气机内部流场速度分布判断逆压梯度的分布情况；

步骤4：基于压气机内部流场逆压梯度变化程度判别最先导致压气机失稳的区域，进而明确其失稳形式；

在获得压气机转子附近流场的逆压力梯度分布后，之后就是基于该分布判断压气机转子的稳定性问题，因此有必要首先明确逆压力梯度与流动稳定性的关联；对于压气机转子内部流动，符合如下所示动量方程：

其中u代表和壁面平行的流体速度，v代表和壁面垂直的流体速度，x代表和壁面平行的流体流动方向，y代表垂直壁面向外的方向，ρ代表流体密度，p代表流体的压力，γ代表流体的运动粘度；将上式在壁面方向上进行速度的四阶求导可得到如下公式：

该式表明，除了具备粘性这一点，流体分离与否主要取决于这一项，而这一项也由逆压力梯度所决定；当逆压力梯度为正时，小于0，靠近壁面的流体反流，从而发生流动分离，且逆压力梯度越大，分离越严重，反之当逆压力梯度为负时，永远也不会发生分离；因此，对于压气机转子部件，逆压力梯度较大的地方易发生局部失稳；通过逆压力梯度判断处最容易发生局部失稳的位置后，就要进一步判断该压气机的具体失稳形式；

对于典型的压气机失稳过程来说，存在突尖波、模态波、叶根失稳；对于突尖波是由于转子叶尖区域局部失稳引起的，叶根失稳则是叶根区域，模态波是整个叶高区域同时到达失稳边界引起的；因此将逆压力梯度分布所判断的局部失稳位置与常见的失稳形式对比即可判别所研究的压气机的具体失稳形式。

2.根据权利要求1所述的适用于压气机转子部件稳定性判别方法，其特征为：所述步骤1进一步包括如下内容：

在通过热膜探头进行测速之前需要对其进行标定及温度补偿实验；标定实验需要对热膜探头在同一高度不同温度环境下进行，风速测量时风洞流体介质为净风，在0至70℃的温度范围内，取2至3℃为间隔，共选取30个不同的中心温度进行标定，每个温度的标定在同一高度位置下，1至100m/s的风速范围内，取2m/s为标定间隔，共选取50个不同的中心风速，在每个中心风速下采集20组瞬时风速值以及输出电压值，最后在电脑界面显示和保存数据；在标定实验完成之后，对实验数据进行整理，以风速传感器的平均输出电压值为横坐标，以美国TSI9565-P多参数风速测试仪的平均风速为纵坐标，采用Excel软件对数据进行曲线拟合，获得风速传感器的拟合曲线方程。

3.根据权利要求1所述的适用于压气机转子部件稳定性判别方法，其特征为：所述步骤2进一步包括如下内容：

所述热膜测试设备是非接触式热膜测试设备的基础部分，其中的测速是基于加热元件在流体介质中的传热原理，当流体通过传感器时，热量从传感器传递到介质当中，随着流量的增加，传递的热量也随之增加；基于热耗散与流体速度的关系有如下公式：

H＝(A+B*(U^0.5))*(T_s-T₀)

其中，H为耗散热量，A，B为常数，U为流体速度，T_s为热膜探头温度，T₀为环境温度；通电的电流通过热膜式传感器探头所产生的热量为：

Q＝I²R

其中，R为热膜传感器探头的测速电阻，I为通过热膜传感器探头的电流；

热膜传感器探头在通电过程中所产生的热量与向流体介质所传递的热量是相等的，即基于热平衡原理，因此有H＝Q，则有：

I²R＝(A+B*(U^0.5))*(T_s-T₀)。