[发明专利]基于辉光放电原理的等离子体流动显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天技术中叶轮机械壁面非定常流场显示测量技术领域，尤其是针对叶轮机械内部壁面非定常流场显示的一种基于辉光放电原理的等离子体流动显示装置。

背景技术

由于叶轮机械内部流动相当复杂，其具体体现在：强三维、逆压梯度、激波干涉、气动非稳定性等。这些因素在遵循不同非线性规律的条件下相互耦合和激励，一直是驱动开展压气机内部流动基础性和应用性研究并兼的原动力。另外随着叶轮机械设计方法的不断更新，也从早期的一维设计发展到目前的全三维非定常多级匹配设计。虽然目前计算机水平的不断提升，也不断推动叶轮机械设计软件的革新，在数值模拟方面，目前已能完成全三维设计，但是由于数值计算在边界层处理等方面比实际要理想很多，仅仅依靠数值计算，远远还不能完成对实际叶轮机械的设计指导。因此需要相应的实验测量手段和数值模拟相互验证发展，但是由于叶轮机械内部三维流动复杂，特别是压气机，目前的接触式测量(传感器，热线等)很难达到测量需求，使得人们开始探索新的测量手段。

非接触式测量技术的提出并实施，对叶轮机械内部三维非定常流场的测量带来了全新的局面，如激光多普勒测速仪(LDV)和粒子图像测速(Particle Image Velocietry，PIV)等。其中粒子图像测速(PIV)技术目前在叶轮机械领域受到了广泛的关注，PIV测量技术的出现，实现了从一个切面发展到一个容积空间、从面内二维速度矢量到二维切片内三维速度矢量、从瞬间速度场测量到一个连续时间过长的速度场测量，将真实流场完成展示出来，将人们对三维流动的认识提高了一个档次。其采用高速CCD相机和激光技术进行非接触形式流场测量，通过对所采(略)加以互相关分析以获取流场信息。与传统的测试(热线等)IV技术避免了测量中测试仪器对流场的干扰，并且克服了以前只能单点测量的缺点，可以获得整个测试流场的瞬时速度场，而且具有较高的精度。

随着计算机与图像处理技术的发展，PIV技术取得了长足的进步，逐渐由二维平面发展到三维空间，成为流场测量中的重要手段之一。目前这些非接触式测量技术都已应用于高速瞬态、脉动流场的测量，比如高跨声速流场速度分布、压力分布和激波附面层在诱导层的影响。但如何稳定均匀地播撒示踪粒子及有效地消除叶片反光现象是很难突破的障碍。

另外分子散射技术如瑞利散射，利用高焓气体自发光作为高超声速流场显示的方法和激光诱导荧光技术虽不受示踪粒子播撒的影响，在研究高速流动的机理方面具有巨大潜力，但在可预见的将来无法实现湍流的连续测量。

为了解决目前常用的非接触式测量技术面临的如上问题，消除示踪粒子对流场的影响，并推广到三维空间场的动态测量，开发出一种全新的流场显示手段也成为了行业内专家比较关注的重点。

另外在流场显示与光学测量系统方面，PIV等以示踪粒子跟踪流场的仪器在非定常流场测量中遇到了原理上的瓶颈，那就是流体力学的基本原理决定了示踪粒子显示的既不是非定常流场的流线，也不是流体微团运动的迹线，而是粒子被流体推动形成的脉线。这三种线在定常流场中是完全一致的，但在非定常流场中却各不相同。因此，高频非定常流场的实时流场显示需要革命性的新原理和新技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于辉光放电原理的等离子体流动显示装置，以解决现有流动显示测量装置对流场干扰、频响不够以及失踪粒子跟踪性差等问题，实现对壁面真实流场细节连续变化的测量显示，实现定性和定量分析叶轮机械内部复杂流动机理的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于辉光放电原理的等离子体流动显示装置，其特征在于，该装置包括若干由阳极与阴极构成的电极对、用以布置该若干电极对的绝缘板、设置于阳极与阴极之间用以将每一电极对中的阳极与阴极隔开的隔离壁、放大器、变频变压装置、高压探头、调制解调装置和数据采集装置，其中：外部电源提供的50Hz、380V的三相电依次通过放大器和变频变压装置被转换成高频高压交流电，该高频高压交流电被加载至电极对的阳极和阴极上，在阳极和阴极之间产生等离子体场，采用高压探头获得阳极与阴极之间的高频高压电压，并采用调制解调装置将原始施加的高频高压电压和来流非定常压力波动分离，最后通过数据采集装置对非定常压力波动进行采集和分析，还原真实的壁面非定常压力波动，实现对真实流场的显示。

上述方案中，外部电源提供的50Hz、380V的三相电依次通过放大器和变频变压装置被转换成高频高压交流电，频响能达到2MHz，电压能达1kv。