摘要：Flow Field Diagnosis" is a unified technique which takes full advantages of the theo-retical calculations and experimental measurements, to rapidly and accurately get as muchas possible the flow information in the turbomachinery. System of flow field diagnosis contains S2 modal, off-design loss and deviation model, and optimization modal. This paperdeveloped a new off-design loss and deviation model based on the neural network. The diagnose system including the modal shows good anastomotic with the experiment result intotal characteristic and stage characteristic of multistage axial compressor.

摘要：压气机试验是检验压气机设计是否达标的重要过程,并可在原设计基础上进行优化来发掘设计的潜能。利用级间总压和壁面静压在某3级风扇第1阶段试验对级间流场进行了详细测量和级性能诊断,提出了静叶角度优化方案;通过第2阶段试验,得出了角度优化后使设计转速喘振裕度提高了7.5个百分点,达到了设计指标的结论。流场诊断技术在压气机试验中起到了关键作用。结果表明:壁面静压结合级间径向总压测量方法基本能够满足在压气机试验中性能优化的需要。

摘要：高超声速风洞在航空航天领域占据着不可替代的作用。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)是一种具备非接触、灵敏度高、多参数测量、结构简单、价格低廉和高时空分辨等优点的流场诊断手段,被广泛应用于高超声速风洞等极端环境的温度、组分浓度、气流速度等参数测量。介绍了TDLAS技术的测量原理以及典型的光路设计,总结了近几年来国内外在高超声速风洞流场诊断中开展TDLAS应用的实例,最后概述了国内在高超声速风流场应用TDLAS诊断的发展水平以及还存在的相关问题,并对高超声速风洞中TDLAS流场诊断技术发展做了简单展望,为后续开展TDLAS技术改进及相关高超声速流场诊断实验提供参考。

摘要：常规CARS采用凸透镜聚焦多束激光于空间一点,在满足相位匹配条件下产生携带该点温度信息的CARS信号。常规CARS一次只能测量一个空间点的温度,难以满足燃烧流场深入研究需要。为了提高CARS测量能力,使得CARS在一次测量中获得更多信息,提出了线CARS测量方法。线CARS测量方法在常规CARS基础上采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,使得聚焦位置由焦点变为焦线。由于焦线上的点大部分满足相位匹配关系,因此可以同时获得多点CARS信号。后续光路同样采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,通过光谱仪和ICCD相机将CARS信号传输至计算机,解析出聚焦线上CARS信号对应的温度信息,实现CARS测量能力由"点"到"线"的提升。基于平面火焰炉的燃烧实验结果表明:线CARS可以一次有效测量200个空间点的温度信息,空间测量长度约3.6 mm,空间分辨率约18μm,测量结果相对不确定度优于7%,在保持测量精度的同时有效丰富了单次测量信息。

摘要：为了诊断可逆转轮的三维流场,引入局部涡动力学诊断方法,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况。通过对沿流线的截面上总压流的分解,找到对总压流产生不良影响的动力学根源和位置。根据诊断结果,通过在设计中改变叶片的环量分布,对可逆转轮进行了改进,提高了转轮的效率和气蚀性能。可逆转轮数值实验结果表明:在水泵工况,改进前后的转轮效率分别为91.3%和92.1%;在水轮机工况,改进前后的转轮效率分别为91.9%和92.4%;改进后气蚀因数降低了0.012。

摘要：可调半导体激光光谱技术(TDLAS)可实现温度、组分浓度等多参数同时测量,具有体积小、响应速度快、环境适应性高等优点,逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一。TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术,其中强度归一化的波长调制技术,适合存在振动、湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量。基于TDLAS技术,开展了1 f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作,并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、热态试验验证,实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H_(2)O、CH_(4)浓度二维分布测量。采用1 f归一化波长调制技术抑制台架振动、热辐射背景噪声,采用1392,1469和1343 nm蝶形封装的DFB激光器,三支激光器的出光方式为时分复用,选取H_(2)O的7185.6,6807.83和7444.3 cm^(-1)处的吸收线,两两组合使用,测量热态下一定范围内的温度和H_(2)O浓度;采用1654 nm蝶形封装的DFB激光器,选取CH_(4)的6046.96 cm^(-1)处的吸收线进行冷态CH_(4)浓度测量。实验室对测量系统可靠性进行验证,配置4%~6%范围内的CH_(4)气体进行测量并与实际值对比,浓度测量最大相对偏差为3.72%;在高温炉中设定900~1500 K范围内的温度台阶,充入纯水汽,计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值,温度测量最大相对偏差3.07%,浓度测量最大相对偏差为-2.00%,验证了该测量系统的可靠性。台架燃气轮机实验中,集成了一套小型化测量仪器,设计多束激光收发一体的测量结构。实验采用两个电动位移台,搭载测量结构,每间隔5 mm逐点移动采样,对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量,获取了若干工况下冷热态结果。通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图,结果分别反映了测量区域范围内CH_(4)和火焰分布的真实状态。为燃气轮机喷嘴燃料、空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段。

摘要：针对高超声速流场波系结构复杂、激波相互作用强、激波强度差别大等特点,发展了非侵入式、高灵敏度的彩色纹影流场显示技术,结合彩色滤光片设计技术和高速摄影技术,将彩色纹影系统的空间分辨率提高至0.1mm量级,时间分辨率达到1s量级。在高超声速激波风洞中分别研究了斜激波相互作用产生的正规反射和马赫反射激波结构,以及斜激波与弓形激波相互作用产生的IV型激波干扰,得到了清晰的彩色纹影照片,细致展现了待测流场的复杂结构,证明了该彩色纹影技术能够为高超声速流场诊断提供有力的技术支撑。

摘要：可调谐半导体激光吸收光谱技术作为一种稳健的非接触测量技术,在燃烧和推进等恶劣流场的诊断中具有广泛的应用。开发了一种基于水吸收的可调谐半导体激光传感器,用于同时测量超声速地面测试设备的温度和速度,应用扫描波长吸收谱和免标定的波长调制谱可实现绝对测量。传感器在2.5kg/s质量流量的直连式超燃试验台上开展了工程试验研究,试验马赫数为2.0,总压为5.3～5.7atm(1atm=1.01325×105 Pa),总温为1100K～1700K,速度和温度的测量结果与模型预测值具有较好的一致性,验证了传感器设计的有效性,为工程应用提供了有力的技术支撑。

摘要：准确测量流场温度有助于了解燃烧机理,提高燃烧效率。论文提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的流场检测方法,通过特定组份对激光的吸收精确测量流场温度、组分浓度等信息,可以用于燃烧场分析,实现发动机性能评价等。设计了测量平台,以常见的水分子吸收谱线为研究对象,对测量方法进行了验证。针对目前TDLAS在测量高温时没有精确的光谱参数支撑这一主要问题,改进了现有的测量设备,提高了可测量温度范围,为TDLAS分析高温流场提供了理论基础。