一种旋流数标定测量方法

本发明属于燃烧系统领域，尤其涉及一种旋流数标定测量方法。

背景技术：

1、旋流流动是一种广泛存在于自然界以及工程中出现的气体流动形式，如龙卷风、飞机翼尖涡、颗粒旋流分离器以及航发燃烧室等条件下。尤其对于航空发动机燃烧系统而言，为使燃料与空气在有限长度和空间内进行充分掺混，使用旋流的方式驻定燃烧火焰能够有效地稳定火焰并减低贫油熄火边界。而对旋流流动结构以及旋流数的精确测量能够为燃烧室的精细化设计提供有效指导。

2、现有的旋流测量方法包括接触式测量和非接触式测量，其中，非接触式测量方法主要基于叶片、风车片以及示踪飘带等方式对旋流场回流区大小进行定性观测，该类型的旋流测量方法仅能对旋流区域尺寸进行大致观察，测量仪器尺寸大，无法适用于航空发动机燃烧室的测量，同时无法量化旋流流场的强度以及实际的速度流场特征。例如，中国专利cn202329982u公开了一种基于非接触式测量的旋流燃烧器出口气流形态观测装置，其通过设置在旋流燃烧器内二次风喷口处的弹性固定装置，弹性固定装置上设置多个示踪飘带来检测气流形态，该方法的检测效果有限，使得旋流检测的误差较大。如中国专利cn202339258u公开了一种基于接触式测量的旋流燃烧器二次风旋流强度测量装置，其通过设置在旋流燃烧器喷口内的固定架、设置在固定架横杆中部孔内的圆心杆以及设置在圆心杆中部的并绕圆心杆左右旋转的机翼型旋转器指示旋向，但其测量探针过大，会对流场造成较大干扰，从而导致测量误差较大，也不适用于高速旋流场景。此外，基于粒子图像测速方法(piv)以及激光多普勒测速仪(ldv)该类非接触式的测量方法来测量旋流速度场的方法存在系统复杂，可靠性低且系统昂贵等致命缺点，导致旋流测量方法难以得到进一步推广。

3、基于以上，本申请提供了解决以上技术问题的技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中旋流数测量中成本高昂、测量精度有限的场景，本发明提供了一种旋流数标定测量方法，包括以下步骤：

2、步骤s1、获取待测区域内旋流参数；

3、步骤s2、根据所述旋流参数标定所述旋流的三维方向，所述三维方向包括旋流轴向方向、旋流切向方向与旋流径向方向；

4、步骤s3、使热线速度仪的探针平行于所述旋流轴向方向，测量所述探针的第一电阻值变化；

5、步骤s4、使热线速度仪的探针平行于所述旋流切向方向，测量所述探针的第二电阻值变化；

6、步骤s5、根据所述第一电阻值变化和所述第二电阻值变化计算旋流数。

7、在本发明的一个具体实施方式中，根据所述第一电阻值变化和所述第二电阻值变化计算旋流数具体包括：

8、根据所述第一电阻值变化计算旋流切向速度分量，根据所述第二电阻值变化计算旋流轴向速度分量；

9、根据所述旋流切向速度分量、旋流轴向速度分量计算旋流切向动通量和旋流轴向动通量。

10、在本发明的一个具体实施方式中，根据下式计算旋流轴向动通量：其中，gx表示旋流轴向动通量，ux表示旋流轴向速度分量，uθ旋流切向速度分量，r表示测量点在二维平面中距离旋流器中轴线的距离。

11、在本发明的一个具体实施方式中，根据下式计算旋流轴向动通量：其中，gθ表示旋流切向动通量，r0表示旋流器出口的外半径。

12、在本发明的一个具体实施方式中，根据下式得到旋流数：s＝gx/gθ。

13、在本发明的一个具体实施方式中，所述旋流为强旋流或弱旋流。

14、在本发明的一个具体实施方式中，所述热线速度仪为一维热线速度仪。

15、在本发明的一个具体实施方式中，所述待测区域为可变径向旋流场，所述热线速度仪放置于所述可变径向旋流场出口上方，并沿着旋流场径向方向逐点向外侧移动，测量每个点的第一电阻值变化、第二电阻值变化。

16、在本发明的一个具体实施方式中，所述待测区域为轴向旋流场，所述热线速度仪放置于所述轴向旋流场出口上方。

17、在本发明的一个具体实施方式中，ur≤0.05*ux且ur≤0.05uθ，ur表示旋流径向速度分量，ux表示旋流轴向速度分量，uθ表示旋流切向速度分量。

18、本发明能够带来以下至少一种有益效果：本发明提出了一种旋流数标定测量方法，在获取待测区域内旋流参数后标定旋流轴向、旋流切向与旋流径向，通过调整一维热线速度仪的探针方向测量旋流轴向对应的第一电阻值变化与旋流切向对应的第二电阻值变化，并根据所述第一电阻值变化和所述第二电阻值变化计算旋流数，该测量方法实现简单，且一维热线速度仪的探针体积微小，利用一维热线速度仪实现接触式测量不会对旋流场参数产生影响，能够适用于弱旋流或强旋流等多种场景，其适用性强、测量精确，能够为燃烧室设计提供精细数据。

技术特征：

1.一种旋流数标定测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，根据所述第一电阻值变化和所述第二电阻值变化计算旋流数具体包括：

3.根据权利要求2所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，根据下式计算旋流轴向动通量：其中，gx表示旋流轴向动通量，ux表示旋流轴向速度分量，uθ旋流切向速度分量，r表示测量点在二维平面中距离旋流器中轴线的距离。

4.根据权利要求3所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，根据下式计算旋流轴向动通量：其中，gθ表示旋流切向动通量，r0表示旋流器出口的外半径。

5.根据权利要求4所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，根据下式得到旋流数：s＝gx/gθ。

6.根据权利要求1所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，所述旋流为强旋流或弱旋流。

7.根据权利要求1所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，所述热线速度仪为一维热线速度仪。

8.根据权利要求7所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，所述待测区域为可变径向旋流场，所述热线速度仪放置于所述可变径向旋流场出口上方，并沿着旋流场径向方向逐渐向外侧移动，测量每个点的第一电阻值变化、第二电阻值变化。

9.根据权利要求7所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，所述待测区域为轴向旋流场，所述热线速度仪放置于所述轴向旋流场出口上方。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的旋流数标定测量方法，其特征在于，ur≤0.05*ux且ur≤0.05uθ，ur表示旋流径向速度分量，ux表示旋流轴向速度分量，uθ表示旋流切向速度分量。

技术总结本发明提供一种旋流数标定测量方法，包括以下步骤：步骤S1、获取待测区域内旋流参数；步骤S2、根据所述旋流参数标定所述旋流的三维方向，所述三维方向包括旋流轴向、旋流切向与旋流径向；步骤S3、使热线速度仪的探针平行于所述旋流轴向，测量所述探针的第一电阻值变化；步骤S4、使热线速度仪的探针平行于所述旋流切向，测量所述探针的第二电阻值变化；步骤S5、根据所述第一电阻值变化和所述第二电阻值变化计算旋流数。本发明提供的的旋流数标定测量方法实现简单、适用性强、测量结果精确、稳定。技术研发人员：刘洪,谢名云,余彬,吴奕铭,张兰琪,范博文,毛晨光,吴胜奇,向阳受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9