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温升法测量压气机等熵效率的不确定度

马宏伟 李赫

马宏伟, 李赫. 温升法测量压气机等熵效率的不确定度[J]. 航空动力学报, 2022, 37(10):2242-2252 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220457
引用本文: 马宏伟, 李赫. 温升法测量压气机等熵效率的不确定度[J]. 航空动力学报, 2022, 37(10):2242-2252 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220457
MA Hongwei, LI He. Uncertainty of measuring isentropic efficiency of compressor by temperature rise method[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(10):2242-2252 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220457
Citation: MA Hongwei, LI He. Uncertainty of measuring isentropic efficiency of compressor by temperature rise method[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(10):2242-2252 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220457

温升法测量压气机等熵效率的不确定度

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220457
基金项目: 国家自然科学基金(51776011);国家科技重大专项(2017-Ⅴ-0016-0068,J2019-Ⅴ-0002-0093)
详细信息
    作者简介:

    马宏伟(1968-),男,教授、博士生导师,博士,研究领域为内流试验与测试技术。E-mail:mahw@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V235.1

Uncertainty of measuring isentropic efficiency of compressor by temperature rise method

  • 摘要:

    基于Rotor37单转子压气机性能试验数据,分别使用蒙特卡洛法与不确定度传播率法对温升法测量压气机等熵效率的不确定度进行评定,对不同转速、流量工况下等熵效率的测量不确定度进行分析,对等熵效率测量不确定度分配方法进行研究。结果表明,两种方法评定的最佳估计值、标准不确定度基本相同,但蒙特卡洛法评定的95%包含概率的最短包含区间比不确定度传播率法更窄,在输入量为非正态分布时差距更大,因此在输入量为非正态分布时应慎重使用不确定度传播率法。同一转速下,随着流量增大,等熵效率测量不确定度增大;不同转速下,随着转速降低,等熵效率测量不确定度增大,低转速时温升法测得高精度压气机等熵效率的难度大大增加。等熵效率测量不确定度分配方法研究结果表明,等作用分配方法对总温测量精度要求比等精度分配方法高,更难以实现。所研究的压气机在70%设计转速最大流量工况下,给定等熵效率测量相对不确定度为0.5%。按等精度分配方法分配总压、总温测量不确定度需分别达到35 Pa和0.083 K。通过增加径向测点数、采用铂电阻总温探针和气流总温校准方法可以提高总温测量精度,进而提高等熵效率的测量精度。

     

  • 图 1  MCM评定等熵效率测量不确定度的流程

    Figure 1.  Evaluation process of measurement uncertainties for isentropic efficiency based on MCM

    图 2  Rotor37单转子压气机特性曲线

    Figure 2.  Rotor37 single rotor compressor characteristic curves

    图 3  输入量不同分布下的等熵效率概率分布直方图

    Figure 3.  Probability distribution histogram of isentropic efficiency with different input distributions

    图 4  不同转速下评定的总压比测量不确定度

    Figure 4.  Evaluated measurement uncertainty of total pressure ratio at different rotational speeds

    图 5  不同转速下评定的总温比测量不确定度

    Figure 5.  Evaluated measurement uncertainty of total temperature ratio at different rotational speeds

    图 6  不同转速下评定的等熵效率测量不确定度

    Figure 6.  Evaluated measurement uncertainty of isentropic efficiency at different rotational speeds

    图 7  测点数对要求的单点测量不确定度的影响

    Figure 7.  Influence of the number of measuring points on the required single point measurement uncertainty

    表  1  输入量为正态分布时的包含因子

    Table  1.   Inclusion factor of normally distributed inputs

    P0.680.900.950.95450.990.9973
    k11.6451.96022.5763
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    表  2  输入量为其他分布时的包含因子

    Table  2.   Inclusion factor of other distributed inputs

    分布类别Pk
    三角1$ \sqrt 6 $
    均匀1$ \sqrt 3 $
    反正弦1$ \sqrt 2 $
    两点11
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    表  3  参数测量最大误差限

    Table  3.   Maximum error limit of parameter measurement results

    流场参数最大误差限
    总温/K±0.6
    进口总压/Pa±100
    出口总压/Pa±1700
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    表  4  输入量不同分布下估计的标准不确定度

    Table  4.   Estimated standard uncertainty under different distribution of inputs

    输入分布进口总压/Pa出口总压/Pa总温/K
    均匀分布589810.35
    正态分布508500.30
    三角分布416940.25
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    表  5  等熵效率最佳估计值及标准不确定度

    Table  5.   Best estimate value and standard uncertainty of isentropic efficiency

    输入
    分布
    MCM-最佳
    估计值/%
    MCM-标准
    不确定度/%
    GUM-最佳
    估计值/%
    GUM-标准
    不确定度/%
    均匀分布87.020.9187.030.91
    正态分布0.7987.030.79
    三角分布0.6487.020.64
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    表  6  等熵效率95%包含概率的最短包含区间

    Table  6.   Shortest inclusion interval of 95% inclusion probability of isentropic efficiency

    输入量
    分布
    95%概率最短包含区间/%
    MCMGUM
    均匀分布(85.29, 88.79)(85.20, 88.84)
    正态分布(85.46, 88.56)(85.45, 88.60)
    三角分布(85.77, 88.26)(85.74, 88.31)
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    表  7  等熵效率概率分布的峰态与偏态系数

    Table  7.   Kurtosis and skewness coefficients of probability distribution of isentropic efficiency

    输入量分布峰态系数偏态系数
    均匀分布2.55290.0288
    正态分布2.99680.0124
    三角分布2.77530.0220
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    表  8  等熵效率测量不确定度的等精度分配

    Table  8.   Equal accuracy allocation of measurement uncertainty of isentropic efficiency

    等熵效率相对
    不确定度/
    %
    总压相对
    不确定度/
    %
    总压
    不确定度/
    Pa
    总温相对
    不确定度/
    %
    总温
    不确定度/
    K
    0.50.027350.0270.083
    1.00.053700.0530.167
    1.50.0801050.0800.250
    2.00.1071410.1070.334
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    表  9  等熵效率测量不确定度的等作用分配

    Table  9.   Equal action allocation of measurement uncertainty of isentropic efficiency

    等熵效率相对不确定度/%总压相对不确定度/%总压不确定度/Pa总温相对不确定度/%总温不确定度/K
    0.50.063830.0200.062
    1.00.1261660.0400.124
    1.50.1892490.0590.186
    2.00.2533330.0790.247
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    表  10  不同径向测点数量下等熵效率测量不确定度的分配

    Table  10.   Allocation of measurement uncertainty of isentropic efficiency at different radial measuring points

    径向测
    点数
    总压相对
    不确定度/%
    总压
    不确定度/Pa
    总温相对
    不确定度/%
    总温
    不确定度/K
    50.060790.0600.187
    70.071930.0710.221
    90.0801050.0800.250
    110.0891170.0890.277
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  • 收稿日期:  2022-06-24
  • 网络出版日期:  2022-09-09

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