● 摘要
鉴于瞬态液晶法测量时间短并且可以测量整个实验件表面的温度分布，其被广泛运用于航空发动机涡轮盘腔对流换热系数测量实验中。本课题推导加热来流瞬态液晶法与恒定热流瞬态液晶法求解对流换热系数公式，并对这两种瞬态液晶测试方法误差进行分析，比较，确定涡轮盘腔对流换热系数测试方案。突加恒定热流瞬态液晶法是本课题新提出来的一种瞬态液晶法，其与通常意义的瞬态液晶方法不同，不是通过提高来流温度，或者改变实验件温度来实现的非稳态，而是通过给测量表面突加一个稳定热流来实现的非稳态。由于该方法的可行性未得到实验验证，所以本课题设计自由盘验证性实验对该方法进行验证，将实验值与自由盘理论解比较，通过实验误差分析，确定实验数据的误差，得到修正后的实验值与理论解的相对误差。研究表明：(1)对于两点法测量对流换热系数，为保证温度测量引起的对流换热系数误差较小，应在设计实验方案时保证 ,且尽可能地提高 的值。 (2)恒定热流瞬态液晶法测局部对流换热系数，当对流换热系数分布较均匀时，误差较小，可以控制在10%以内；(3)由于涡轮盘腔对流换热系数分布过大，为保证测试精度，防止局部液晶温度过高破坏液晶，测整盘对流换热系数分布加热来流瞬态液晶法应该在不同的区域表面用不同显色温度的液晶。本文最后确定了加热来流瞬态液晶法为涡轮盘腔对流换热系数测试方案，按照测试方法设计了相关实验件。测试方法为通过液晶，配合频闪与摄像机拍摄涡轮盘拍摄涡轮盘面温度云图。