第1章熱力學與空氣動力學基礎知識

1.1熱力學的基本概念

1.1.1熱力學的物質體系、平衡和可逆過程

1.1.2熱力學第一定律、內能與焓

1.2開口系統能量方程式

1.2.1開口系統能量方程

1.2.2穩態流動能量方程

1.2.3穩定流動能量方程分析

1.2.4穩定流動能量方程式應用

1.3熵與流動損失的關系

1.3.1狀態參數熵的定義

1.3.2熱力學第二定律

1.4聲速與馬赫數

1.4.1聲速

1.4.2馬赫數

1.5高速一維定常流基本方程

1.5.1一維定常絕熱流動的能量方程式

1.5.2總參數（滯止參數）的定義

1.5.3熵增與總壓損失的關系

1.5.4氣體壓縮性的考慮標準

1.6臨界參數

1.7速度系數

1.8絕熱流動過程中截面面積與速度系數、熱力學參數的關系

第2章氣流壓力和速度測量技術

2.1氣流總壓測量技術

2.2氣流靜壓測量方法

2.2.1壁面靜壓孔

2.2.2靜壓管

2.3氣流速度測量方法

2.3.1氣流速度的測量

2.3.2氣流速度與方向的測量

2.4二維流場的速度測量方法

2.5三維流場速度的測量方法

2.6熱線風速儀

2.6.1探頭及其型式

2.6.2工作原理及使用方法

2.7激光多普勒測量儀

2.7.1差動多普勒效應

2.7.2光混頻

2.7.3流向判別

2.7.4多普勒測量儀的特點

第3章氣流溫度測量技術

3.1高速氣流的溫度測量

3.1.1有效溫度、速度誤差及復溫系數

3.1.2復溫系數的測定

3.1.3減小速度誤差的方法

3.2氣流溫度的動態測量

3.2.1時間常數及動態響應誤差

3.2.2減小動態響應誤差的方法

3.3先進測溫技術簡介

3.3.1激光全息測溫

3.3.2紅外測溫

第4章常用傳感器及其參數測試

4.1壓力傳感器

4.2溫度傳感器

4.2.1熱電偶溫度計

4.2.2熱電阻溫度計

4.2.3熱敏電阻

4.3流量測量

4.3.1測量截面速度法

4.3.2節流流量計

4.4轉速傳感器

4.5扭矩測量

4.6功率測量

第5章誤差分析及實驗數據處理

5.1誤差的基本概念

5.1.1真值與誤差

5.1.2算術平均值與偏差

5.1.3誤差的分類

5.2偶然誤差的消除方法

5.3系統誤差

5.3.1系統誤差及其減小方法

5.3.2系統誤差的合成

5.3.3儀表精度指標與系統誤差之間的關系

5.4誤差的傳遞

5.5誤差傳遞理論在實驗方案規劃中的應用

5.5.1計算間接測量參數的誤差

5.5.2找出降低間接測量量誤差的關鍵參數

5.5.3論證實驗方案是否可行

5.6實驗數據的處理

5.6.1數據位數的確定

5.6.2粗大誤差數據的剔除

5.6.3實驗數據的加權處理

第6章軸流式葉輪機械的實驗方案

6.1渦輪平面葉柵實驗

6.1.1實驗裝置

6.1.2實驗數據的處理

6.1.3平面葉柵實驗存在的問題及注意事項

6.2測量坐標系的定義及二次流數據處理

6.2.1測量坐標系的定義

6.2.2二次流的定義

6.2.3二次流產生的機理

6.3葉型表面壓力的測試

6.4軸流壓氣機基元級氣動性能測試

6.4.1實驗裝置

6.4.2實驗數據的處理

6.5級間流場測試的注意事項和問題

6.5.1流場不均勻的影響

6.5.2測量探頭堵塞的影響

6.5.3測量探頭的強度問題

6.5.4感受器的自振頻率

6.6渦輪整機實驗方案

第7章離心壓縮機的實驗研究方法

7.1離心壓縮機整機實驗

7.1.1實驗裝置

7.1.2實驗數據的處理

7.1.3測量過程中的注意事項

7.2離心壓縮機的一級的氣動性能實驗

7.2.1實驗裝置

7.2.2各測試截面的實驗數據處理

7.2.3實驗得到的氣動性能參數

7.2.4實驗的注意事項

7.3靜止部件氣動性能的實驗方案

7.3.1總壓損失系數和特征截面速度分布的測試

7.3.2離心靜止部件表面靜壓分布的測試

7.4葉片表面壓力的動態測試方案

7.4.1實驗裝置

7.4.2實驗的難點及注意事項

7.5旋轉失速狀態下的氣流參數測試技術

7.5.1失速團數與傳播速度測量原理

7.5.2測量方法

7.6空間流場的非定常速度和壓力測量工具

7.7離心壓縮機葉輪表面壓力的動態測試

7.7.1實驗裝置及測試原理

7.7.2實驗中的注意事項

7.8離心壓縮機進口流場的動態監測技術簡介

第8章通風機的性能實驗

8.1通風機整機的實驗方案及性能計算

8.1.1進氣實驗方案

8.1.2出氣實驗裝置

8.1.3進出氣實驗裝置

8.2通風機實驗裝置中管路壓力損失的計算

8.3考慮壓縮性影響的修正計算

8.4性能換算及特性曲線的繪制

8.5大氣密度的計算

8.5.1濕空氣的概念

8.5.2濕度與含濕量

8.5.3濕空氣的氣體常數R、分子量μ及密度ρ的計算

8.5.4濕空氣密度的計算

8.6通風機葉片空間扭曲規律的實驗研究

8.6.1通風機級葉片全壓升與環量指數之間的關系

8.6.2實驗方案及典型測量結果

8.6.3實驗中的注意事項

附錄A流動參數與馬赫數Ma（λ數）的關系（部分，至Ma=2.0)

附錄B鉑銠10鉑熱電偶（S型）分度表（ITS90）

附錄C鉑銠30鉑銠6熱電偶(B型)分度表

附錄D鎳鉻銅鎳(康銅)熱電偶(E型)分度表

附錄E鐵銅鎳(康銅)熱電偶(J型)分度表

附錄F銅銅鎳(康銅)熱電偶(T型)分度表

附錄G鉑熱電阻值分度表

附錄H銅熱電阻值分度表

附錄I水蒸汽的飽和壓力與密度

附錄J相對濕度φ換算表

參考文獻2100433B

全書共分8章，第1章為熱力學和空氣動力學基礎知識，是氣動性能參數測試的基礎。第2章為氣流壓力和速度測量技術，討論了三孔探針和五孔探針的使用方法，以及各種先進的氣流速度測量技術。第3章為氣流溫度測量技術。第4章為常用傳感器及其參數測試。第5章為誤差分析及實驗數據處理，重點介紹了誤差傳遞理論在葉輪機械實驗方案規劃和精度分析中的應用。第6章為軸流式葉輪機械的實驗方案，列舉了平面葉柵實驗方案、實驗數據處理分析方法、級間流場測試方案及注意事項。第7章為離心壓縮機的實驗研究方法，著重介紹了葉片表面壓力的動態測試、旋轉失速狀態下的氣流參數測試、空間流場的非定常速度和壓力測試、壓縮機葉輪表面壓力的動態測試。第8章為通風機的性能實驗，介紹了通風機的整機和部件氣動性能的實驗方法。

本書適合從事葉輪機械氣動性能實驗的專業技術人員，也可以作為能源與動力專業本科生和碩士研究生專業課的教材和指導書。

葉輪機械包括汽輪機、燃氣輪機、離心式壓縮機、軸流式壓氣機等，提高其氣動性能的重要性不言而喻，實驗研究一直是必不可少的研究手段之一。在工作過程中，筆者發現缺少介紹葉輪機械氣動性能實驗研究的專業書籍，于是結合多年的研究基礎，整理撰寫了《葉輪機械氣動性能的實驗研究方法》一書。

本書系統地介紹了葉輪機械氣動性能的實驗原理、專業測試工具的使用方法、目前先進的實驗手段、實驗結果的專業分析方法?？偨Y和提出多種葉輪機械氣動性能的實驗方案，分析了其中的關鍵問題，并探討了解決這些問題的手段和方法，給出了實驗數據的處理方法和實驗結果的分析方法。

在本書的撰寫過程中，王曉放教授對本書的內容提出了很多寶貴的意見，在此特別感謝。同時也要感謝對本書給予極大關注的研究所的同事們，更要感謝“985”學科經費對實驗臺建設及本書出版的支持。

由于本人的水平有限，不免有錯誤和不足之處，懇請廣大讀者給予批評指正。

田夫大連理工大學能源與動力學院2013年10月

從葉輪機械原理和流動理論出發，提出葉片幾何形狀最佳氣動性能設計的目標泛函J，該目標泛函體現了耗散能量最小和外力作功最小（如壓氣機），是全物理、全三維的。運用大量的張量分析，將目標泛函J轉換為葉片幾何形狀S的函數，得到關于葉片幾何形狀最優控制問題的歐拉-拉格朗日方程，其狀態方程為三維Navier-Stokes方程。通過研究最優控制問題數值求解的新方法和高效求解N-S方程的新算法，最終實現利用計算機自動生成具有最小能量損失的高效新型葉輪機械葉片。本項目中提出全新的目標泛函及相應的數學方法，解決了傳統葉片設計方法的各種物理假設和最佳流動分布的確定，它體現了數學、力學、葉輪機械三個學科的交叉，從創新性源頭上提出了設計葉片幾何形狀的新理論、新方法，是一種科學探索。 2100433B