Методика обработки экспериментальных данных
Схема препарирования не позволяет экспериментально определить параметры потока во всех расчетных сечениях, поэтому методика обработки результатов измерения предусматривает использование теоретического анализа и статистических данных экспериментальных исследований в области газоаэродинамики лопаточных машин.
Для оценки погрешности определения расчетных величин F = f (x, y, z) необходимо пользоваться общей формулой расчета относительных погрешностей:
.
Например, для критической скорости потока
,
а для вычисляемого по газодинамической формуле расхода
.
Абсолютные погрешности измерения величин:
– температура: sT = ±0,5 К;
– перепад давлений: sDp = ±14,7 Па (sDh = ±1,5 мм вод. ст.);
– атмосферное давление: sB = ±0,25 мм рт. ст.;
– частоты вращения: sn = ±100 об/мин.
Средняя точность размеров при изготовлении:
– линейных: sR = ±10–4 м;
– угловых: sg = ±10–2 град.
3.4.1. Расчет по результатам измерений
Перевод измеренных величин в международную систему измерений
1. Атмосферное давление pн = 13,56Bg (Па), где 13,56 – среднее значение плотности ртути в комнатных условиях, B – измеренное с помощью барометра-анероида атмосферное давление (мм рт. ст.), g = 9,8065 м/с2 – ускорение свободного падения.
Погрешность измерения атмосферного давления, Па 
.
2. Температура торможения перед компрессором 
и за компрессором 
, К:
, 
.
Погрешности измерения температуры после расчета по данным формулам не изменяются.
3. Измеренные статические и полные давления рассчитываются по формуле следующего вида:
.
Погрешность определения измеренного давления spi, Па:
.
Определение расхода воздуха
1. Находим критическую скорость за компрессором 
, м/с:
.
Абсолютная погрешность 
.
2. Определяем скорость в расходомерном сечении lм:
ГДФ давления торможения 
,
.
, 
,
где 
– квадрат числа Маха в расходомерном сечении.
3. Рассчитываем расход воздуха через компрессор Gв, кг/с:
,
где Fм – площадь поперечного сечения мерного участка, Fм = pd2м/4 = = 3,1415*0,07982/4 = 0,005 м2. Погрешность площади сечения мерного участка 
0,125·10–4 м2.
Погрешность функции q (lм):
.
Погрешность расчета расхода:
Параметры во входном сечении
4. Критическая скорость aкр1, м/с:
, 
.
5. Приведенный расход на входе в рабочее колесо
,
откуда находим скорость l1.
6. Среднерасходная скорость на входе в рабочее колесо C1=C1a, м/с:
.
Для тестирования методики расчета и оценки качества замеров находим контрольные значения скорости 
, м/с и расхода 
, кг/с:
скорость 
и 
,
расход 
.
Погрешности:
;
Расхождение значений скорости и расхода свидетельствует о существенных погрешности измерения параметров потока и/или неравномерности полей скорости и давления во входном сечении, неравномерности параметров потока в расходомерном устройстве.
7. Осевая скорость W1a = C1a = C1, м/с.
8. Окружная скорость на наружном диаметре U1, м/с:
.
9. Окружная составляющая относительной скорости W1u = U1, м/с.
10. Относительная скорость W1, м/с:
.
11. Статическая температура T1, К:
.
12. Температура торможения в относительном движении 
, К:
.
Найденное значение температуры должно быть меньше значения температуры за компрессором 
.
13. Давление торможения в относительном движении 
, Па:
.
14. Газовый угол на входе в рабочее колесо b1, град:
.
15. Угол атаки 
, град:
,
где b1л – лопаточный (конструктивный) угол на входе вращающегося направляющего аппарата. Для втулочного диаметра D1вт = 0,048 м угол b1л = 56 град; среднегеометрического диаметра D1ср = 0,0836 м угол b1л = 40 град; для наружного диаметра D1 = 0,108 м угол b1л = 26 град.
Параметры на выходе из рабочего колеса
16. Окружная скорость U2, м/с:
.
17. Коэффициент, учитывающий влияние конечного числа лопаток рабочего колеса (отставание потока на выходе из колеса):
.
При радиальном выходе 
можно применить формулу:
,
где 
, 
, число лопаток рабочего колеса zл = 20 (m = 0,88978).
18. Окружная составляющая скорости за рабочим колесом C2u, м/с:
.
19. Работа на окружности колеса Lu, Дж/кг:
.
20. Потери на трение о диск колеса DLд, Дж/кг:
0.003U22.
Значение работы по результатам замера температур до и после компрессора 
не должно отличаться от работы Lu+DLд более чем на величину sL, обусловленную погрешностью sT измерения температуры:
Дж/кг.
21. Потребляемая компрессором мощность Nк, Вт:
.
Сравнить рассчитанную мощность с измеренной Nзам, Вт (по напряжению Uп и силе тока Iп питания):
,
где кпд электростартера 
определить по его характеристике (приложение 2).
22. Полное давление в относительном движении 
, Па:
,
где 
, коэффициент сохранения полного давления 
определить в зависимости от угла атаки iрк по графику приложения 3.
23. Окружная составляющая относительной скорости W2u, м/с:
.
24. В первом приближении принимаем W2r = C2r = C1a.
25. Относительная W2 и абсолютная C2 скорости, м/с:
и 
.
26. Газовые углы b2 и a2, град:
и 
.
27. Безразмерная относительная скорость 
:
.
28. Статическое давление за рабочим колесом p2, Па:
.
29. Температура торможения в абсолютном движении 
, К:
.
Рассчитанное значение температуры не должно отличаться от измеренного более чем на суммарную погрешность измерения (термопары и регистрирующего прибора) 
К.
30. Критическая скорость за колесом aкр2, м/с:
31. Безразмерная абсолютная скорость l2:
.
32. Полное давление в абсолютном движении 
, Па:
.
33. ГДФ расхода q(l2):
.
34. По рассчитанному значению q(l2) определяем уточненную скорость l2.
35. Уточненная абсолютная скорость C2,м/с:
C2 = l2 aкр2.
36. Радиальная составляющая скорости C2r, м/с:
.
При расхождении рассчитанного значения с предварительно принятым значением расчет повторяем с п. 25 до получения точности не менее 0,05 м/с.
Параметры перед лопаточным диффузором
37. Пренебрегая в силу малости радиального зазора потерями энергии, принимаем полные давление и температуру равными данным величинам за рабочим колесом 
, 
.
38. Окружная C3u (м/с) и осевая C3a (м/с) составляющие скорости для зазора постоянной ширины b = 7,5 мм подчиняются, соответственно, закону постоянства циркуляции:
и уравнению неразрывности:
.
В последнем уравнении плотность опущена вследствие малого изменения скорости в коротком диффузоре и, следовательно, возможности пренебречь изменением плотности. Закон движения газа в безлопаточном диффузоре
описывает движение газа по логарифмической спирали, иначе говоря 
.
39. Угол атаки на лопаточном диффузоре 
, град:
.
Лопаточный угол на входе в лопаточный диффузор показан на рис. 3…. (см. прил. 1).
40. Скорость потока на входе в лопаточный диффузор C3, м/с:
.
41. Приведенная скорость и число M3:
, 
.
Параметры за лопаточным диффузором
42. Угол выхода потока из лопаточного диффузора a4, град:
.
Формула получена из геометрических соображений для плоской лопатки диффузора. Число лопаток zлд = 29.
43. Площади входа и выхода потока из лопаточного диффузора:
и 
.
В лопаточном диффузоре ТКС-48Э 
.
44. Средний вдоль межлопаточных каналов угол их расширения qср, град:
45. По приложению 4 выбирается коэффициент потерь кинетической энергии x0 для нулевого угла атаки. Для вычисленного в п. 39 углу атаки производим корректировку коэффициента потерь
,
где коэффициент A = 0,8…1,0 для положительных углов атаки i>0, для отрицательных углов атаки i<0 коэффициент A = 0,1…0,2. Используемая формула получена в экспериментах для активных и слабо диффузорных плоских решеток профилей.
46. Полное давление за лопаточным диффузором (см. прил. 4) 
, Па:
.
47. Приведенный расход на выходе из лопаточного диффузора
,
откуда находим скорость l4.
Приложение 1
Схема и основные размеры
центробежного компрессора лабораторного турбостартера ТКС-48Э
Основные элементы проточной части компрессора (рис. 3…): входное устройство, рабочее колесо с вращающимся направляющим аппаратом, вырожденный до размеров обычного радиального зазора безлопаточный диффузор, лопаточный диффузор, переходный канал, спрямляющий аппарат.
Рис. 3…. Расчетная схема компрессора турбостартера[МВ2]
Обозначение величин в препарированных сечениях:
1-1 (вх-вх) – статическое 
и полное 
давления,
полная температура;
5-5 – статическое давление 
;
6-6 (к-к) – статическое 
и полное 
давления,
полная температура 
.
Рис. 3…. Угловые размеры: а – лопаточного диффузора (вид спереди),
число лопаток zлд = 29; б – спрямляющего аппарата, число лопаток zса = 42[МВ3]
Приложение 2