【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和上海交通大學(xué)渦輪機(jī)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的兩種空氣動(dòng)力探針（畢托管和五孔球形探針）。傾斜式微壓計(jì)是應(yīng)用液體靜力學(xué)平衡原理而制成的液體壓力計(jì)。它由一個(gè)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(cè)量狀態(tài)）。由幾何關(guān)系和連通器原理可知?jiǎng)t根據(jù)液體壓力計(jì)測(cè)壓原理，作用在容器液面上的被測(cè)壓力為：式中：工作介質(zhì)密度，；使用地點(diǎn)重力加速度。為方便起見(jiàn)，令，取作為含工作介質(zhì)的玻璃管各傾斜常數(shù)（實(shí)驗(yàn)采用95%的乙醇，），則。圖2 傾斜微壓計(jì)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(shí)總的液面高度 L—壓力平衡時(shí)傾斜管內(nèi)液柱長(zhǎng)度 本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(guò)測(cè)定動(dòng)壓可以測(cè)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(shè)計(jì)的，其裝置示意圖如圖3所示。使用時(shí)，將放在坐標(biāo)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(cè)點(diǎn)上，測(cè)壓接出管分別和傾斜微壓計(jì)相連，轉(zhuǎn)動(dòng)五孔球形探針的支柄軸，使探針上測(cè)孔5的感壓值相等，此時(shí)即可認(rèn)為來(lái)流處在3所在的平面上，而5兩孔對(duì)稱(chēng)。然后記錄軸向流動(dòng)角、孔3的差壓值和孔4的差壓值。計(jì)算流場(chǎng)徑向流動(dòng)角的校正系數(shù)：(Ⅱ)先在五孔球形探針的校正曲線(xiàn)（見(jiàn)附錄1）上，由查出角，再由角查得動(dòng)壓校正系數(shù)。建立坐標(biāo)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(jì)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(biāo)系統(tǒng)圖 實(shí)驗(yàn)方法 除塵器入口風(fēng)速的測(cè)定方法除塵器的入口風(fēng)速是通過(guò)通風(fēng)機(jī)前的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)的，通過(guò)控制流量可以控制入口的風(fēng)速。而通過(guò)測(cè)定流體的動(dòng)壓可以測(cè)出流體的流速。在測(cè)氣流動(dòng)壓時(shí)，傾斜微壓計(jì)的正號(hào)接口與畢托管的總壓接頭相連，負(fù)號(hào)接口與畢托管的靜壓接頭相連，從微壓計(jì)的液面高度，就可得到流體的動(dòng)壓。則由公式(Ⅰ)可知，流體的流速可按下式來(lái)算：(Ⅴ)，式中是畢托管修正參數(shù)，且。實(shí)驗(yàn)測(cè)量除塵器的入口風(fēng)速時(shí)，在進(jìn)風(fēng)管的某一橫截面處，沿直徑方向平均對(duì)稱(chēng)分布取五個(gè)測(cè)量點(diǎn)。利用連著傾斜微壓計(jì)的畢托管測(cè)出這五個(gè)點(diǎn)處的值，并通過(guò)公式(Ⅴ)將它們轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的速度值，再把所得到的五個(gè)速度值進(jìn)行平均，就得到了實(shí)驗(yàn)時(shí)的除塵器入口風(fēng)速值。 除塵器內(nèi)部三維流場(chǎng)的測(cè)定方法圖5 流場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)及斷面測(cè)點(diǎn)布置圖實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的流場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)量斷面測(cè)點(diǎn)布置圖如圖5所示，在離心脈沖靜電除塵器筒體上開(kāi)有間隔為200的五個(gè)孔，每個(gè)孔對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量斷面，且第一個(gè)孔距離筒體頂部350。一般可以近似認(rèn)為筒體內(nèi)三維流場(chǎng)呈軸對(duì)稱(chēng)分布，因此，可取一半徑方向來(lái)測(cè)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的不同，每個(gè)測(cè)量斷面的測(cè)點(diǎn)數(shù)目及位置分布也有所不同。在未通電的情況下，每個(gè)測(cè)量斷面取五個(gè)測(cè)量點(diǎn)，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(jiàn)，每個(gè)測(cè)量斷面都只取四個(gè)測(cè)量點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，電壓越高，測(cè)點(diǎn)距離軸心越近，電暈強(qiáng)度越強(qiáng)，且有火花放電和閃絡(luò)現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故電壓不同時(shí)測(cè)點(diǎn)的分布應(yīng)有所不同。當(dāng)供電電壓為35時(shí)，四個(gè)測(cè)點(diǎn)與筒體軸心的距離分別為90、1190和240；當(dāng)供電電壓為45和60時(shí)，四個(gè)測(cè)點(diǎn)與筒體軸心的距離分別為11190和240。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將五孔球形探針的孔1和孔孔2和孔孔4和孔5的測(cè)壓接出管分別接到三臺(tái)玻璃管傾斜常數(shù)的傾斜微壓計(jì)上，再把五孔球形探針的探頭放置除塵器筒體內(nèi)測(cè)量斷面的預(yù)定測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，將所得到的測(cè)點(diǎn)值通過(guò)公式(Ⅲ)和(Ⅳ)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)測(cè)點(diǎn)處的切向速度、徑向速度和軸向速度，即得到了該測(cè)量斷面的三維速度分布情況。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同脈沖供電電壓和入口風(fēng)速下一種直筒式離心脈沖靜電除塵器內(nèi)部的流場(chǎng)分布。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄2（8個(gè)三維流場(chǎng)分布表）所示，相應(yīng)的處理結(jié)果見(jiàn)圖6~圖8。 入口風(fēng)速對(duì)流場(chǎng)的影響 無(wú)供電時(shí)入口風(fēng)速對(duì)三維流場(chǎng)的影響圖6反映了無(wú)脈沖供電時(shí)，、（坐標(biāo)原點(diǎn)取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來(lái)源于附錄2的附表附表2和附表3。如圖6a所示，5個(gè)斷面的切向速度從測(cè)點(diǎn)1開(kāi)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(xiàn)隨著半徑的增大有大幅度上升后轉(zhuǎn)而下降，特別是在測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2之間切向速度的變化幅度很大。這說(shuō)明，切向速度在測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)3之間必存在一個(gè)最大值。另外，由于三個(gè)入口風(fēng)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(fēng)速越大相應(yīng)的切向速度也越大，且從斷面1到斷面4切向速度也相應(yīng)越來(lái)越大，說(shuō)明氣流在下旋的過(guò)程中，其切向速度不斷得到提高?？墒?，斷面5有點(diǎn)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(guān)系，因?yàn)闅饬髟谙滦酵驳讜r(shí)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(lái)講，切向速度的最大值約是入口風(fēng)速的兩倍。從圖6 b可以看出，三種入口風(fēng)速下的徑向速度曲線(xiàn)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(duì)比圖6中的a、b、c三個(gè)圖發(fā)現(xiàn)，徑向速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guò)8。由圖6c可知，軸向速度的分布很復(fù)雜，不僅沿筒體壁向上的分布較復(fù)雜，而且沿筒體軸向上的變化也很大，基本上無(wú)規(guī)律可循。圖6 無(wú)供電情況下入口風(fēng)速對(duì)流場(chǎng)的影響與普通旋風(fēng)除塵器相比，無(wú)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(xiàn)，對(duì)流場(chǎng)有一定的影響，某些測(cè)點(diǎn)曾出現(xiàn)奇點(diǎn)（來(lái)流在此處有多個(gè)平衡面）的情況（），但所得的流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果大體上與前人對(duì)普通旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果相吻合[18]。 脈沖供電時(shí)入口風(fēng)速對(duì)三維流場(chǎng)的影響圖7給出了脈沖供電電壓為45時(shí)，、（坐標(biāo)原點(diǎn)取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)測(cè)量斷面的測(cè)點(diǎn)數(shù)目減少為4個(gè)，這是因?yàn)樵诘?個(gè)測(cè)點(diǎn)處有時(shí)電暈線(xiàn)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(xiàn)來(lái)測(cè)量的話(huà)，電路就可能一直處于閃絡(luò)狀態(tài)而無(wú)法正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖7a反映的是實(shí)驗(yàn)條件下5個(gè)測(cè)量斷面的切向速度分布情況。不同入口風(fēng)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(fēng)速下各個(gè)測(cè)量斷面的的切向速度分布曲線(xiàn)可以看出，入口風(fēng)速越大，相應(yīng)的切向速度也越大。對(duì)于同一入口風(fēng)速來(lái)說(shuō)，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(guò)程中變化不大，這一點(diǎn)與無(wú)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(guān)系。，斷面1處測(cè)點(diǎn)2的速度值偏小，這可能是實(shí)驗(yàn)操作誤差造成的。圖7b反映的是實(shí)驗(yàn)條件下5個(gè)測(cè)量斷面的徑向速度分布情況。由圖中的徑向速度分布曲線(xiàn)可知，每個(gè)測(cè)量斷面的徑向速度都是正值，但不同入口風(fēng)速下徑向速度之間的差別不大，曲線(xiàn)近似水平直線(xiàn)，且氣流在下旋過(guò)程中各個(gè)測(cè)量斷面的徑向速度之間的差別也不大。對(duì)比圖7中的a、b、c三個(gè)圖發(fā)現(xiàn)，徑向速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guò)6。圖7c給出了實(shí)驗(yàn)條件下5個(gè)測(cè)量斷面的軸向速度分布情況。各個(gè)測(cè)量斷面的軸向速度分布曲線(xiàn)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，不同入口風(fēng)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(xiàn)，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(duì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果不利，而且可能威脅到實(shí)驗(yàn)人員的安全，所以每個(gè)測(cè)量斷面的測(cè)點(diǎn)相應(yīng)減少一個(gè)，且測(cè)點(diǎn)的位置也相應(yīng)往筒壁移動(dòng)一些，這樣就導(dǎo)致了無(wú)法弄清實(shí)驗(yàn)條件下電暈線(xiàn)周?chē)牧鲌?chǎng)分布情況。圖7 脈沖供電時(shí)入口風(fēng)速對(duì)流場(chǎng)的影響 脈沖電暈電壓對(duì)流場(chǎng)的影響，對(duì)脈沖供電電壓為0、345和60四種情況進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)試所得到的結(jié)果（坐標(biāo)原點(diǎn)取在除塵器筒體的軸心處），其數(shù)據(jù)來(lái)源于附錄2的附表附表附表5和附表6。電壓為0時(shí)，每個(gè)測(cè)量斷面分布5個(gè)測(cè)點(diǎn)，電壓為345和60的情況下每個(gè)測(cè)量斷面都只分布4個(gè)測(cè)點(diǎn)。從圖8a可以看出，同一入口風(fēng)速下不同供電電壓不同測(cè)量斷面的切向速度分布情況。除第5個(gè)斷面以外，切向速度在大部分情況下有電壓比無(wú)電壓要來(lái)得大，且在有電壓的情況下電暈電壓越低，相應(yīng)的切向速度越大,每個(gè)測(cè)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(shì)并不明顯，但是，從靠近筒壁的第4個(gè)測(cè)點(diǎn)切向速度沿筒體軸向的變化可知，氣流在沿筒體下旋的過(guò)程中，靠近筒壁的那部分外圈氣流的切向速度相應(yīng)得到不斷地提高，這與無(wú)供電情況下的切向速度變化相類(lèi)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(gè)測(cè)量斷面的徑向速度分布情況。在測(cè)量斷面1處，無(wú)供電時(shí)的徑向速度比有供電時(shí)的徑向速度要小很多，而在其它測(cè)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(shí)，從測(cè)點(diǎn)1開(kāi)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(méi)有多大的變化，曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)也很相似。從圖8c可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下，每個(gè)測(cè)量斷面各個(gè)供電電壓下軸向速度分布曲線(xiàn)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(yīng)的軸向速度也越大。考慮到實(shí)驗(yàn)人員的安全和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個(gè)測(cè)量斷面的測(cè)點(diǎn)減少為4個(gè)，且斷面上的測(cè)點(diǎn)1的位置沿外筒壁方向移動(dòng)一些。而本身測(cè)量斷面的測(cè)點(diǎn)數(shù)目就不多，這樣只能分析固定風(fēng)速下不同供電電壓對(duì)部分流場(chǎng)的影響情況，導(dǎo)致無(wú)法弄清整個(gè)筒體的流場(chǎng)分布情況。 圖8 脈沖電暈電壓對(duì)流場(chǎng)的影響 對(duì)比分析由于圖6和圖7中，實(shí)驗(yàn)條件下各自的三個(gè)入口風(fēng)速差不多，所以可以將它們作一個(gè)對(duì)比來(lái)探討有無(wú)脈沖供電除塵器內(nèi)部流場(chǎng)的變化情況。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，脈沖供電對(duì)流場(chǎng)的三維分布影響很大，特別是對(duì)切向速度和軸向速度的影響。從圖6可知，不同入口風(fēng)速下旋風(fēng)除塵器內(nèi)部各個(gè)測(cè)量斷面的切向速度之間差別不大，但它們從第2測(cè)點(diǎn)開(kāi)始沿壁向的減小幅度比較大，而旋風(fēng)除塵器內(nèi)部各個(gè)測(cè)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(fù)雜，基本上沒(méi)有什么規(guī)律。但是，對(duì)電暈極線(xiàn)施加高壓窄脈沖供電電壓后，不同入口風(fēng)速下離心脈沖靜電除塵器內(nèi)部各個(gè)測(cè)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??；對(duì)軸向速度來(lái)說(shuō)，整體上開(kāi)始呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，但其變化的強(qiáng)度與旋風(fēng)除塵器內(nèi)部軸向速度的變化相比要平緩，