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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明公开一种非接触式热膜测试设备、压气机局部失稳判别方法及应用。该方法首先基于非接触式热膜测试设备获得压气机转子周围流场的速度分布，进一步通过速度分布和合理的计算方法获得压气机转子内流体的轴向动量。根据轴向动量的物理定义，可以将压气机转子内轴向动量与稳定流动状况相关联，从而最终明确导致压气机失稳的局部区域及失稳形式。本专利发明针对不同轴流压气机进行了大量应用扩稳措施的实验研究，结果表明各类扩稳措施的扩稳机制存在统一性，即通过动量交换的方式对压气机端区低能流体进行有效激励进而扩稳。因此，基于本专利方法，对压气机失稳区域的准确判别有利于在设计中增加控制措施以扩大压气机稳定工作范围，提高稳定裕度。

主权项：1.一种基于非接触式热膜测试设备的压气机局部失稳判别方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：获得高速压气机转子部件附近流场的速度分布；步骤2：通过速度分布计算压气机转子附近流体的轴向动量：为了量化分析压气机内部的轴向动量平衡，需要通过实验测量的手段获得压气机转子附近流场的速度分布，基于热耗散与流体速度的关系有如下公式：H＝A+B*U^0.5*Ts-T0其中，H为耗散热量，A，B为常数，U为流体速度，TS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，Q代表热膜探头产生的热量；热膜传感器探头在通电过程中所产生的热量与项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*TS-T0基于以上压气机转子附近流体的速度与温度的关系式，当通过热膜探头获得当地温度后，即可换算为压气机转子附近流场速度分布；步骤3：确定压气机内流体轴向动量与流动稳定性的关联：基于在压气机转子周围建立好的控制体，结合已经通过实验测得的流场速度分布即可进行流体轴向动量的计算；对于高速旋转的压气机转子来说，作用在控制体上的轴向合外力即为轴向动量的改变，进一步基于速度变化推导出每一个离散的控制体单元上的轴向动量方程为： 其中，∫代表积分符号，PZ-代表控制体左表面的压力，PZ+代表控制体右表面的压力，PCS代表机匣表面的压力，PBT代表叶片通道内的下表面的压力，τCS代表机匣表面上的剪切应力，τBT代表叶片通道内的下表面上的剪切应力，代表流体密度，Wz代表流体的轴向速度，代表流体速度，代表控制体表面法向方向的单位矢量，dAZ-代表控制体左表面上微元的面积，dAZ+代表控制体右表面上微元的面积，dACS代表机匣表面上微元的面积，dABT代表叶片通道内下表面上微元的面积；Z+和Z-分别代表控制体的左面和右面，CSCasingsurface代表机匣表面，BTBottomsurface代表叶片通道内的下表面，τ代表控制体表面上的剪切应力，FBLADE-Z代表控制体旋转带来的附加力，dA代表控制体表面上微元的面积，Z代表轴向方向；根据冲量定理所得到的动量方程，对于控制面上的轴向动量可表达为： 其中∫代表积分符号，ρ代表流体密度，Wz代表流体的轴向速度，其中压气机的旋转轴均定义为Z方向，代表流体速度，代表控制体表面法向方向的单位矢量，dA代表控制体表面上微元的面积；基于上述公式，即可将压气机转子周围流场的速度分布转化为轴向动量大小；步骤4：确定压气机局部失稳区域，判别压气机的失稳形式。

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