【文章內(nèi)容簡介】 和上海交通大學渦輪機實驗室生產(chǎn)的兩種空氣動力探針（畢托管和五孔球形探針）。傾斜式微壓計是應用液體靜力學平衡原理而制成的液體壓力計。它由一個截面積較大的金屬容器和一根截面積小得多的可改變傾斜角度的玻璃管相連通，其工作原理如圖2所示（正壓力測量狀態(tài)）。由幾何關系和連通器原理可知則根據(jù)液體壓力計測壓原理，作用在容器液面上的被測壓力為：式中：工作介質(zhì)密度，；使用地點重力加速度。為方便起見，令，取作為含工作介質(zhì)的玻璃管各傾斜常數(shù)（實驗采用95%的乙醇，），則。圖2 傾斜微壓計工作原理圖F2—容器內(nèi)截面積 F1—玻璃管內(nèi)截面積 —玻璃管與水平面夾角h2—容器內(nèi)液面下降高度 h1—玻璃管內(nèi)液面上升高度 h—壓力平衡時總的液面高度 L—壓力平衡時傾斜管內(nèi)液柱長度 本實驗所使用的畢托管的速度范圍為馬赫數(shù)，工作溫度要求在。將實驗條件下的氣流看作不可壓縮流體，則由不可壓縮流體的伯努里方程可得： (Ⅰ)式中：流體的總壓；流體的靜壓；流體的速度；流體的密度。由該公式可知，通過測定動壓可以測出流體的流速。五孔球形探針是根據(jù)流體繞流球體的基本原理設計的，其裝置示意圖如圖3所示。使用時，將放在坐標架上的五孔球形探針探頭放置離心脈沖靜電除塵器內(nèi)空間測點上，測壓接出管分別和傾斜微壓計相連，轉(zhuǎn)動五孔球形探針的支柄軸，使探針上測孔5的感壓值相等，此時即可認為來流處在3所在的平面上，而5兩孔對稱。然后記錄軸向流動角、孔3的差壓值和孔4的差壓值。計算流場徑向流動角的校正系數(shù)：(Ⅱ)先在五孔球形探針的校正曲線（見附錄1）上，由查出角，再由角查得動壓校正系數(shù)。建立坐標系（如圖4所示），則氣流的全速度和各分速度（切向速度、徑向速度、軸向速度）的計算公式如下：(Ⅲ)，(Ⅲ)式中：含工作介質(zhì)的玻璃管傾斜常數(shù)； 空氣的密度。圖4 坐標系統(tǒng)圖 實驗方法 除塵器入口風速的測定方法除塵器的入口風速是通過通風機前的風量調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)的，通過控制流量可以控制入口的風速。而通過測定流體的動壓可以測出流體的流速。在測氣流動壓時，傾斜微壓計的正號接口與畢托管的總壓接頭相連，負號接口與畢托管的靜壓接頭相連，從微壓計的液面高度，就可得到流體的動壓。則由公式(Ⅰ)可知，流體的流速可按下式來算：(Ⅴ)，式中是畢托管修正參數(shù)，且。實驗測量除塵器的入口風速時，在進風管的某一橫截面處，沿直徑方向平均對稱分布取五個測量點。利用連著傾斜微壓計的畢托管測出這五個點處的值，并通過公式(Ⅴ)將它們轉(zhuǎn)化為相應的速度值，再把所得到的五個速度值進行平均，就得到了實驗時的除塵器入口風速值。 除塵器內(nèi)部三維流場的測定方法圖5 流場測試系統(tǒng)及斷面測點布置圖實驗過程中的流場測試系統(tǒng)及測量斷面測點布置圖如圖5所示，在離心脈沖靜電除塵器筒體上開有間隔為200的五個孔，每個孔對應一個測量斷面，且第一個孔距離筒體頂部350。一般可以近似認為筒體內(nèi)三維流場呈軸對稱分布，因此，可取一半徑方向來測量。根據(jù)實驗條件的不同，每個測量斷面的測點數(shù)目及位置分布也有所不同。在未通電的情況下，每個測量斷面取五個測量點，與筒體軸心的距離分別為50、100、150、200和240。在脈沖供電的情況下，為了安全起見，每個測量斷面都只取四個測量點。實驗過程中，電壓越高，測點距離軸心越近，電暈強度越強，且有火花放電和閃絡現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于研究實驗結(jié)果，故電壓不同時測點的分布應有所不同。當供電電壓為35時，四個測點與筒體軸心的距離分別為90、1190和240；當供電電壓為45和60時，四個測點與筒體軸心的距離分別為11190和240。實驗時，先將五孔球形探針的孔1和孔孔2和孔孔4和孔5的測壓接出管分別接到三臺玻璃管傾斜常數(shù)的傾斜微壓計上，再把五孔球形探針的探頭放置除塵器筒體內(nèi)測量斷面的預定測點上進行測量，將所得到的測點值通過公式(Ⅲ)和(Ⅳ)轉(zhuǎn)化為相應測點處的切向速度、徑向速度和軸向速度，即得到了該測量斷面的三維速度分布情況。3 實驗結(jié)果與討論實驗測試了不同脈沖供電電壓和入口風速下一種直筒式離心脈沖靜電除塵器內(nèi)部的流場分布。實驗數(shù)據(jù)見附錄2（8個三維流場分布表）所示，相應的處理結(jié)果見圖6~圖8。 入口風速對流場的影響 無供電時入口風速對三維流場的影響圖6反映了無脈沖供電時，、（坐標原點取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來源于附錄2的附表附表2和附表3。如圖6a所示，5個斷面的切向速度從測點1開始基本上隨著半徑的增大先有小幅度的增大后又逐漸減小；，切向速度變化很明顯，曲線隨著半徑的增大有大幅度上升后轉(zhuǎn)而下降，特別是在測點1和測點2之間切向速度的變化幅度很大。這說明，切向速度在測點1和測點3之間必存在一個最大值。另外，由于三個入口風速之間的差別并不大，所以這三種情況下的切向速度之間的差值不是很大，但基本上是入口風速越大相應的切向速度也越大，且從斷面1到斷面4切向速度也相應越來越大，說明氣流在下旋的過程中，其切向速度不斷得到提高?？墒?，斷面5有點反常，與斷面4相比切向速度要稍小一些，這可能跟斷面5比較靠近密閉筒底有關系，因為氣流在下旋到筒底時受到阻礙而反彈上升，下旋的切向速度部分被抵消而變小。從總體上來講，切向速度的最大值約是入口風速的兩倍。從圖6 b可以看出，三種入口風速下的徑向速度曲線都比較平穩(wěn)。，徑向速度基本上隨著半徑的增大都有所減小，但幅度比較小。且大部分徑向速度是向心的，只在中心渦核處才有小部分向筒體壁外的徑向流。對比圖6中的a、b、c三個圖發(fā)現(xiàn)，徑向速度遠遠小于切向速度和軸向速度，且與切向速度相比，徑向速度沿軸向的變化不明顯。且各種情況下，徑向速度的最大值都不超過8。由圖6c可知，軸向速度的分布很復雜，不僅沿筒體壁向上的分布較復雜，而且沿筒體軸向上的變化也很大，基本上無規(guī)律可循。圖6 無供電情況下入口風速對流場的影響與普通旋風除塵器相比，無脈沖供電下的離心脈沖靜電除塵器在筒體中心處多了一根電暈線，對流場有一定的影響，某些測點曾出現(xiàn)奇點（來流在此處有多個平衡面）的情況（），但所得的流場測試結(jié)果大體上與前人對普通旋風除塵器流場的測試結(jié)果相吻合[18]。 脈沖供電時入口風速對三維流場的影響圖7給出了脈沖供電電壓為45時，、（坐標原點取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來源于附錄2的附表附表7和附表8。從圖6中可以看到，每個測量斷面的測點數(shù)目減少為4個，這是因為在第1個測點處有時電暈線與五孔球形探針之間發(fā)生了火花放電，如果探針再靠近電暈線來測量的話，電路就可能一直處于閃絡狀態(tài)而無法正常進行實驗。圖7a反映的是實驗條件下5個測量斷面的切向速度分布情況。不同入口風速下的切向速度分布沿徑向方向隨著半徑的增大都有所減小，但變化的幅度都不大。從不同入口風速下各個測量斷面的的切向速度分布曲線可以看出，入口風速越大，相應的切向速度也越大。對于同一入口風速來說，斷面1除外，切向速度沿筒體軸向變化不大，即切向速度在氣流下旋的過程中變化不大，這一點與無供電的情況明顯不同。斷面1的切向速度比其它斷面要大一些，這可能與斷面1靠近除塵器的切向入口有關系。，斷面1處測點2的速度值偏小，這可能是實驗操作誤差造成的。圖7b反映的是實驗條件下5個測量斷面的徑向速度分布情況。由圖中的徑向速度分布曲線可知，每個測量斷面的徑向速度都是正值，但不同入口風速下徑向速度之間的差別不大，曲線近似水平直線，且氣流在下旋過程中各個測量斷面的徑向速度之間的差別也不大。對比圖7中的a、b、c三個圖發(fā)現(xiàn)，徑向速度遠遠小于切向速度和軸向速度，且徑向速度沿筒軸向和壁向的變化最不明顯，最大值都不超過6。圖7c給出了實驗條件下5個測量斷面的軸向速度分布情況。各個測量斷面的軸向速度分布曲線呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，不同入口風速下的軸向速度差別比較大。、。在脈沖電壓為45下，五孔球形探針越靠近電暈線，兩者之間就越容易發(fā)生火花放電，甚至產(chǎn)生電弧，不但對實驗的測試結(jié)果不利，而且可能威脅到實驗人員的安全，所以每個測量斷面的測點相應減少一個，且測點的位置也相應往筒壁移動一些，這樣就導致了無法弄清實驗條件下電暈線周圍的流場分布情況。圖7 脈沖供電時入口風速對流場的影響 脈沖電暈電壓對流場的影響，對脈沖供電電壓為0、345和60四種情況進行流場測試所得到的結(jié)果（坐標原點取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來源于附錄2的附表附表附表5和附表6。電壓為0時，每個測量斷面分布5個測點，電壓為345和60的情況下每個測量斷面都只分布4個測點。從圖8a可以看出，同一入口風速下不同供電電壓不同測量斷面的切向速度分布情況。除第5個斷面以外，切向速度在大部分情況下有電壓比無電壓要來得大，且在有電壓的情況下電暈電壓越低，相應的切向速度越大,每個測量斷面的切向速度基本上隨著半徑的增大而逐步變小。另外，切向速度總體上沿筒體軸向的變化趨勢并不明顯，但是，從靠近筒壁的第4個測點切向速度沿筒體軸向的變化可知，氣流在沿筒體下旋的過程中，靠近筒壁的那部分外圈氣流的切向速度相應得到不斷地提高，這與無供電情況下的切向速度變化相類似。由圖8b可知，在脈沖供電電壓為0、345和60四種情況下各個測量斷面的徑向速度分布情況。在測量斷面1處，無供電時的徑向速度比有供電時的徑向速度要小很多，而在其它測量斷面，四種情況下的徑向速度大小差不多，其分布的規(guī)律也差不多。在有電時，從測點1開始隨著半徑的增大，每一徑向速度都有所減小但幅度不大。而各種脈沖電壓下的徑向速度沿軸向方向并沒有多大的變化，曲線的變化趨勢也很相似。從圖8c可以看出，在實驗條件下，每個測量斷面各個供電電壓下軸向速度分布曲線的規(guī)律性比較明顯，大體上都是隨著半徑的增大先減小后再逐步增大，且基本上是供電電壓越高相應的軸向速度也越大?？紤]到實驗人員的安全和實驗結(jié)果的準確性，每個測量斷面的測點減少為4個，且斷面上的測點1的位置沿外筒壁方向移動一些。而本身測量斷面的測點數(shù)目就不多，這樣只能分析固定風速下不同供電電壓對部分流場的影響情況，導致無法弄清整個筒體的流場分布情況。 圖8 脈沖電暈電壓對流場的影響 對比分析由于圖6和圖7中，實驗條件下各自的三個入口風速差不多，所以可以將它們作一個對比來探討有無脈沖供電除塵器內(nèi)部流場的變化情況。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，脈沖供電對流場的三維分布影響很大，特別是對切向速度和軸向速度的影響。從圖6可知，不同入口風速下旋風除塵器內(nèi)部各個測量斷面的切向速度之間差別不大，但它們從第2測點開始沿壁向的減小幅度比較大，而旋風除塵器內(nèi)部各個測量斷面的軸向速度分布則比較亂，沿筒體軸向和壁向的變化都比較大且較復雜，基本上沒有什么規(guī)律。但是，對電暈極線施加高壓窄脈沖供電電壓后，不同入口風速下離心脈沖靜電除塵器內(nèi)部各個測量斷面的切向速度差別較大，而切向速度沿壁向方向的變化幅度則比較?。粚S向速度來說，整體上開始呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，但其變化的強度與旋風除塵器內(nèi)部軸向速度的變化相比要平緩，