适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构及方法与流程

1.本技术属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构及方法。


背景技术：

2.气体流量精确测量对航空发动机的动力试验具有重要意义，从叶栅级到压气机、燃烧室、涡轮等部件级，以至于到核心机、整机级试验都必须进行进出口气流管路流量测试。气体流量测试精度直接决定了试验结果的可信程度及其使用价值。气体流量的测试误差将直接影响航空发动机的推力、耗油率、涡轮前温度等关键参数评估。
3.当前航空发动机整机或核心机试验采用的气体流量测试方法主要是孔板、文丘里管等差压式流量测量或采用双扭线流量管进行物理流量测量。而采用孔板或文丘里流量管进行流量测量具有如下缺点：
4.1)需要在流量计前后设置非常长的直管段以保证测试精度，限制了其应用范围；
5.2)测试精度对流量计前后有转弯、管道内径变化等特征非常敏感；
6.3)对当前的技术需求而言，部分情况下测试精度无法满足要求。
7.而采用双扭线流量管进行物理流量测量具有如下缺点：
8.1)双扭线流量管并无统一测试布置仪表方法；
9.2)双扭线流量管测试精度对测试截面均匀性要求高；
10.3)双扭线流量管对具备温度不均匀流场特征的流动测试精度难以满足要求。


技术实现要素：

11.本技术的目的是提供了一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构及方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
12.一方面，本技术的技术方案是：一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，所述物理流量测量结构包括：
13.用于给流量管提供流场品质气流的稳压箱；和
14.部分设置在稳压箱内的流量管，所述流量管由流量管收敛段和流量管直管段组成，所述流量管收敛段和流量管直管段之间形成交界面，压力测试截面和流量测试截面设置在所述流量管直管段上；
15.其中，压力测试截面与交界面的距离为0.3d～1.0d，温度测试截面与压力测试截面的距离为0.1d～0.3d，d为流量管直管段直径。
16.进一步的，所述交界面位于稳压箱内。
17.进一步的，沿气流流向，所述压力测试截面位于流量测试截面的前端。
18.进一步的，所述流量管直管段的长度不小于流量管直管段直径的2倍。
19.进一步的，所述流量管直管段上设有静压孔，总压附面层测试仪表通过静压孔进行设置，其中，所述静压孔中心位置和总压附面层测试仪表的测压管前端均对齐至压力测
试截面。
20.进一步的，总温测试仪表的测点前端均对齐至温度测试截面。
21.进一步的，伸入所述流量管直管段中的总温测试仪表不少于六支，且周向均布、径向等环面均布。
22.另一方面，本技术的技术方案是：一种物理流量测量方法，采用如上任一所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，通过该物理流量测量结构的物理流量满足：
[0023][0024]
式中，w为物理流量，单位kg/s；
[0025]kw
为流量系数，需要对附面层进行测量后获得；
[0026]
m为气体动力学系数，其中γ为比热容比，r为气体常数；
[0027]
a为测量截面面积；
[0028]
p
t
为测量截面总压；
[0029]
t
t
为测量截面总温；
[0030]
ps为测量截面壁面静压。
[0031]
进一步的，对所述测量截面面积a进行修正，修正后的测量截面面积满足：
[0032][0033]
式中，c
t
为测量截面面积温度修正系数；
[0034]
d为未考虑温度修正下测量截面直径；
[0035]
n为总压附面层复合仪表的总测点数；
[0036]dp
为总压附面层复合仪表的测压管前端直径。
[0037]
与现有技术中的孔板或文丘里流量管的测试方法相比，本技术对流量管直管段的长度和转弯、管道内径变化的要求大幅降低。
[0038]
与现有技术中的双扭线流量管的测试方法相比，本技术对测试截面的测试仪表进行限制，从而具备对温度不均匀流场的物理流量进行高精度测量。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
[0040]
图1为本技术中的流量管安装示意图。
[0041]
图2为本技术中的压力测试截面的测试位置示意图。
[0042]
图3为本技术中的温度测试截面的测试位置示意图。
具体实施方式
[0043]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0044]
为了克服直管段长度不足无法布置差压式流量计，或具备温度不均匀流场特征的物理流量测试的问题，本技术基于双扭线特征流量管而提出一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量及其计算方法。
[0045]
如图1所示，本技术提供的物理流量测量结构包括稳压箱1和流量管2，流量管2由流量管收敛段21和流量管直管段22组成，流量管2前端的流量管收敛段21安装在试验设备的稳压箱1中，由稳压箱1提供给符合流量管2需求的流场品质气流。
[0046]
其中，流量管收敛段22与流量管直管段22之间具有交界面23，交界面23位于稳压箱1内。压力测试截面24和流量测试截面25均设置在流量管直管段22上，且沿气流流向压力测试截面24位于流量测试截面25的前端。
[0047]
本技术中，对流量管直管段22的长度具有限制，要求其长度l不小于流量管直管段直径d的2倍。
[0048]
在本技术中，对压力测试截面24具有限制，其与交界面23的距离为0.3～1.0倍的流量管直管段直径d。
[0049]
在本技术中，对温度测试截面25具有限制，其与压力测试截面24的距离为0.1～0.3倍的流量管直管段直径d。
[0050]
如图2所示为本技术中压力测试截面24的测试位置布置示意图，在流量管直管段22上设置静压孔，总压附面层测试仪表3可通过该静压孔进行设置，其中，静压孔中心位置26和总压附面层测试仪表3的测压管前端均对齐至压力测试截面24。
[0051]
如图3所示为本技术中温度测试截面25的测试位置布置示意图，总温测试仪表8的测点前端均对齐至温度测试截面25。
[0052]
此外，本技术还提供了一种物理流量测量方法，该测量方法基于上述的物理流量测量结构，物理流量满足：
[0053][0054]
式中，w为物理流量，单位kg/s；
[0055]kw
为流量系数，需要对附面层进行测量后获得；
[0056]
m为气体动力学系数，其中γ为比热容比，r为气体常数；
[0057]
a为测量截面面积；
[0058]
p
t
为测量截面总压；
[0059]
t
t
为测量截面总温；
[0060]
ps为测量截面壁面静压。
[0061]
其中，对于测量截面面积a，本技术还提供一种测量截面面积的修正方法，修正后
的测量截面面积满足：
[0062][0063]
式中，c
t
为测量截面面积温度修正系数；
[0064]
d为未考虑温度修正下测量截面直径；
[0065]
n为总压附面层复合仪表的总测点数；
[0066]dp
为总压附面层复合仪表的测压管前端直径。
[0067]
本技术提供的物理流量测量方法中可适用于非均匀温度特征的总温测量，因流量管2中的温度分布不均匀，伸入流量管直管段22中的总温测试仪表8不少于6支，且周向均布布置，径向布置方式为等环面均布，其计算方式为等截面平均。
[0068]
与现有技术中的孔板或文丘里流量管的测试方法相比，本技术对流量管直管段的长度和转弯、管道内径变化的要求大幅降低。
[0069]
与现有技术中的双扭线流量管的测试方法相比，本技术对测试截面的测试仪表进行限制，从而具备对温度不均匀流场的物理流量进行高精度测量。
[0070]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，所述物理流量测量结构包括：用于给流量管(2)提供流场品质气流的稳压箱(1)；和部分设置在稳压箱(1)内的流量管(2)，所述流量管(2)由流量管收敛段(21)和流量管直管段(22)组成，所述流量管收敛段(21)和流量管直管段(22)之间形成交界面(23)，压力测试截面(24)和流量测试截面(25)设置在所述流量管直管段(22)上；其中，压力测试截面(24)与交界面(23)的距离为0.3d～1.0d，温度测试截面(25)与压力测试截面(24)的距离为0.1d～0.3d，d为流量管直管段直径。2.如权利要求1所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，所述交界面(23)位于稳压箱(1)内。3.如权利要求1所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，沿气流流向，所述压力测试截面(24)位于流量测试截面(25)的前端。4.如权利要求1所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，所述流量管直管段(22)的长度不小于流量管直管段直径的2倍。5.如权利要求1所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，所述流量管直管段(22)上设有静压孔，总压附面层测试仪表(3)通过静压孔进行设置，其中，所述静压孔中心位置(26)和总压附面层测试仪表(3)的测压管前端均对齐至压力测试截面(24)。6.如权利要求1所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，总温测试仪表(8)的测点前端均对齐至温度测试截面(25)。7.如权利要求6所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，其特征在于，伸入所述流量管直管段(22)中的总温测试仪表(8)不少于六支，且周向均布、径向等环面均布。8.一种物理流量测量方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一所述的适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构，通过该物理流量测量结构的物理流量满足：式中，w为物理流量，单位kg/s；k
w
为流量系数，需要对附面层进行测量后获得；m为气体动力学系数，其中γ为比热容比，r为气体常数；a为测量截面面积；p
t
为测量截面总压；t
t
为测量截面总温；p
s
为测量截面壁面静压。9.如权利要求8所述的物理流量测量方法，其特征在于，对所述测量截面面积a进行修
正，修正后的测量截面面积满足：式中，c
t
为测量截面面积温度修正系数；d为未考虑温度修正下测量截面直径；n为总压附面层复合仪表的总测点数；d
p
为总压附面层复合仪表的测压管前端直径。

技术总结
本申请提供了一种适用于非均匀温度分布特征的物理流量测量结构及方法，所述物理流量测量结构包括：用于给流量管提供流场品质气流的稳压箱；部分设置在稳压箱内的流量管，所述流量管由流量管收敛段和流量管直管段组成，所述流量管收敛段和流量管直管段之间形成交界面，压力测试截面和流量测试截面设置在所述流量管直管段上；其中，压力测试截面与交界面的距离为0.3d～1.0d，温度测试截面与压力测试截面的距离为0.1d～0.3d，d为流量管直管段直径。与现有技术相比，本申请对流量管直管段的长度和转弯、管道内径变化的要求大幅降低，同时对测试截面的测试仪表进行限制，从而具备对温度不均匀流场的物理流量进行高精度测量。不均匀流场的物理流量进行高精度测量。不均匀流场的物理流量进行高精度测量。


技术研发人员：高飞龙 李井洋 王欢 王鑫 朱江 高翼飞
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/14