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1、实用直流式低速风洞的研究24卷第2蚓2007年4月林化1学院JOURNALOFJILININ5fITUTEOFCHEMICALTECHN0L0GYVo1.24No.2Apr.2007文章编号:10072853(2007)02-0055-03实用直流式低速风洞的研究王丽瑛,王琪(1.长春大学环境科学与技术学院,吉林长春130012;2.吉林农业大学工程技术学院,吉林长春130118)摘要:介绍了一种具有推广价值的实用直流式风洞的结构设计,以及模拟实验中性能参数的直接测定与间接计算方法.此直流式低速小型风洞可用于风轮及叶片的模拟实验.采取的设计,制作方法与过程对低速风洞的推广使用,具有实际意义.关
2、键词:直流式风洞;直接测定方法;性能参数中图分类号:V211.7文献标识码:A风洞是以人造风代替自然风进行空气动力学实验的重要设备.从我国1903年出现第一架飞机以来,所有的飞行器在研制过程中的性能测定都是在风洞中进行的.随着科学技术的发展,空气动力学在非航空航天领域的应用越来越广泛.如各种交通工具的气动力特性,防风林,防沙林及体育器械的性能等,都依靠风洞进行科学的实验,尤其是对于迅速发展的新能源科学,风能工程对实用的低速风洞(马赫数Ma:0.4,气流可看成是不可压缩流体)的需求13益提高,以用于及时掌握各种风力机械的性能,提高设计水平.我国目前建立的风洞大多分布在有关航空航天领域各部门,且多
3、数为修建费用昂贵的较大型高速风洞,其它部门难以接触和应用.根据一般科研单位的实际条件和应用特点,研制出了一座经济,实用的低速小型风洞实验装置,它可满足风能工程科研工作的需要,也可用于教学实验,进行各种风轮及叶片,模拟实验.此风洞的研制对小型实用风洞的推广应用具有实际意义.1总体方案的设计出50%一100%.根据风能工程对流场的要求和使用条件,将风洞设计为占地小,投资少,且适合室内使用的直流式风洞,风洞整体结构如图1所示.洞壁全部采用镀锌铁板铆接而成,整体有角铁支撑.1.1风洞的断面形状风洞的断面一般为椭圆,圆形及方形3种形状.在相似的稳定段,相同的收缩比情况下,椭圆形截面的气流最均匀,圆形次之
4、,方形再次之;从洞壁的干扰情况看,椭圆形截面对叶片升力干扰最小,方形次之,圆形再次之,从加工制作看,椭圆形制作困难,形状难以保证,方形最易制作.综合以上因素及制作条件和技术要求,将风洞的稳定断面设计为圆形,而实验段设计为方形截面,以便于实验模型的安装及实验工程的观察.风洞各段尺寸见图1.低速风洞可分为直流式和回流式两种.直流式风洞的气流经过实验段后直接排人大气,实验段的气流易受外界影响,但占地小,投资少;回流式风洞的气流在洞内形成一循环回路,不受外界1-2干扰,流场品质好,但占地大,造价比直流式要高l200500I.电机;2.风轮;3.蜂窝器;4.稳定段;5.收缩段;6.实验段图1风洞的结构蜂
5、窝器的设计与制作蜂窝器设计为一方格网状,置于稳定段前部,收稿日期:20070215作者简介:王丽英(1958.),女,吉林省长春市人,长春大学副教授,主要从事机械设计与新材料的开发和利用方面的研究.,If.林化学院:报用于削弱不规则气流的运动能量,改善来流品质,使之稳定,均匀.蜂窝器有薄铁板相互交叉连接,形状准确,稳定性好,且制作容易.蜂窝器长度与方格边长之比为2.根据电机功率及稳定段尺寸,取蜂窝器长L=100mm,方格边长a=50mm.1.3动力段的设计为满足风洞在实验中对各种不同风速的要求,选用一台型号为z222型直流电机作为动力机,其主要参数为:功率1.1kW,转速1500r/min,额
6、定电压220V,额定电流6.5A.利用一台K2.DII型可控硅直流调速装置,通过电压的调节对直流电机进行调速控制.此种调速方法机械特性稳定,调速性较好,调速幅度大,可得到平滑无级变速,电机输出转速可在0l500r/rain之间任意调整,稳定可靠.风流直接选用解放141汽车一个散热叶轮.此风轮尺寸合理,动平衡性能好,不需专门设计及加工,方便易得,并能产生足够风量以满足实际需要.用此风轮与直流电机直联,通过合适的装配和调节,实验表明,在调速电机带动下,风洞风速可在018m/s内无级调整.2各种实验参数的测定与计算各实验参数的取得方法应在现有条件和使用要求下设计和使用,一方面应考虑使用仪器尽量简单,
7、测量容易;另一方面要使测量精度满足要求,且重复性好,稳定可靠.2.1风速的测定此风洞的风速测定是利用毕托管动能与压能转换测流速原理设计而成,如图2所示.这种方法制作简单,安装方便,测量容易,且可得到较大的测量精度.风速可用下式计算:厂一V=/2g(1)/-式中:为流速系数(=0.970.99);r为空气重度;r为管中液体重度;Ah为液面高度差.图2风速的测量原理2.2转速的测量根据使用条件及现有设备情?采用反射式光电法测得实验叶轮模型的转速(冬1.光线通过转轴亮暗条纹反射传给光电管,形成脉冲电波,经放大整形后有数字频率计输出波数.转轴转数由下式确定:n:60/式中为传感器变换的脉冲频率;:为反
8、射条纹数.利用一台SZGB11型光电转速传感器及一台型XJD一10B数字显示仪.用此方法,读数方便,结果准确.信号输出图3转速的测量转轴2.3扭矩的测定对实验叶轮模型的扭矩,利用方便易得且有较高精度的弹簧秤进行测量.力臂由设备尺寸要求取得,扭转力有弹簧秤渎出,扭矩M由下式计算:M=FL式中:F为扭转力;L为力臂长.此方法投资少,读数容易,但需定期更换或校验弹簧秤,以保证重复测量精度.根据不同风速下测得的转速与扭矩,利用下式既可计算一定风速下的风轮功率:.?1047M式中:M为扭矩;为叶轮转速.风轮的功率系数:c刍式中:为风具有的功率;p为空气密度;为风速:D为风轮直径:为风轮轴旋转角速度.2.
9、4风轮动力性能曲线利用风能利用系数,扭矩,功率等参数,就可绘出风轮动力性能曲线.第2期王丽瑛,等:实川直流式低速风洞的研究57图4风轮动力性能曲线3结论(1)此直流式低速小型风洞可用于风轮及叶片的模拟实验.采取的设计,制作方法与过程对低速风洞的推广使用,具有实际意义.(2)利用此种风洞可直接测量风轮及叶片模型基本性能参数.(3)利用直接测量的参数,可对风轮的风能利用系数,扭矩,功率等参数进行计算,并可做出风轮动力性能曲线.参考文献1王铁成.空气动力学实技术M.北京:国防工业出版社,1986.2650.2王振羽,武荣林.风洞设计原理M.北京:北京航空学院出版社,1985.2292.3恽起麟.实验
10、空气动力学M.北京:国防工业出版社,1990.10400.4J.K.戴莱,D.R.F.哈里曼.流体动力学M.北京:人民教育出版社,1981.5刘国喜,王春荣.风能工程M.长春:吉林人民出版社,1991.Studyonthepracticallow-speedblowdownwindtunnelWANGLiying,WANGQi(1.CollegeofEnvironmentalScienceandTechnology,ChangchunUniversity,Changchun130012,China;2.CollegeofEngineeringandTechnology,JilinAgricul
11、turalUniversity,Changchun130118,China)Abstract:Thestructuredesignofblowdownwindtunnelisintroduced,andthedirectandindirectmethodsfordeterminingtheperformanceparametersinsimulationexperimentarepresented.Thepracticallow?speedblowdownwindtunnelcanbeusedtothesimulatedtestofwindwheelandblade.Thedesignhasthepracticalsignificancetodeveloptheusageoflowspeedairtunne1.Keywords:directfluidicsofwall?attachment;directdeterminingmethod;performanceparametel比速尖为A=A中式
