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毫米尺度低雷诺数下的流动特性研究是对厘米级微型涡轮发动机基础技术研究的重要组成部分。本文在这个条件下研究了壁面粗糙度对摩阻的影响和微型化后叶栅分离特性的变化。
首先,设计、加工了壁面含不同粗糙度值和不同粗糙度纹理方向的300mm×20mm×0.5mm矩形直通道,通过测量通道气流流量和沿程静压值,探索粗糙度大小及其纹理方向对气流流动特性的影响,揭示毫米尺度流动与常规尺度流动的不同点。实验结果表明在0.5mm高的微通道内,流动转捩雷诺数比常规尺度下小,约在400-1200之间;同一粗糙度量级下,横向、斜向纹理对气流流动的影响相对较大,转捩雷诺数比纵向纹理转捩雷诺数小;横向纹理产生的流动阻力最大,斜向的其次,纵向的最小。。
然后,参照NACA65-810叶型及其各项参数,设计、加工含5个微小叶栅通道的实验段,通过直径0.1mm的7个静压孔测量叶背处静压值,探究微型压气机平面叶栅的在不同来流角度下的气流分离规律,揭示其在低雷诺数下叶背气流分离与常规尺度下的不同,研究其微小尺度特性。微叶栅实验结果表明:在微小尺度下叶栅叶背处的压力系数比常规尺度下小的多;在攻角 时已经开始分离,气流分离区域在攻角 下较常规尺度提前约15%弦长;在同一来流角度下,Re数在13300-38900范围内,随着Re的升高,压力系数S变大,但叶背处气流的分离位置基本不变。