【文章內(nèi)容簡介】 損失計算以及電機選取提供依據(jù)。在這個階段，風洞的總體氣動外形已經(jīng)確定，待選擇好電機型號便可進一步進行風洞分部設計，從而完成風洞設計任務。下一章主要進行風洞能量損失計算，并根據(jù)計算結果選取合適的電機。3 風洞能量損失計算 風洞能量損失研究的意義在風洞的設計過程中，首先必須完成的一項工作就是各段內(nèi)壓力損失的計算。因為風洞設計的最基本要求就是能夠模擬實際情況下的氣動力環(huán)境，而只有通過進行能量損失的計算和研究，才能設計出滿足試驗要求的風洞來。通過對風洞能量損失的計算，可對風洞所能進行的有效試驗范圍有明確的認識，并且能提高風洞試驗的效率。同時還能利用對風洞能量損失計算的結果來幫助進行試驗研究以及一些試驗結果的理論分析。總之，風洞能量損失的研究可以說是風洞研究的一項最基本、最重要的內(nèi)容，它在風洞的設計和使用過程中起到了不可忽視的作用，這項研究在當今風洞研制和發(fā)展中有著重要的意義。 壓力損失計算原理在低速風洞中氣流在通過各部分時始終都存在著能量損失，特別是在回流式風洞的拐角處損失更為突出。因此需要采用一定的數(shù)值計算方法來研究風洞中氣流壓力損失變化的規(guī)律。壓力損失中，需要的主要參數(shù)是損失系數(shù)。 損失系數(shù)按現(xiàn)代水力學計算，把氣流通過管段后單位時間的總能量損失（功率）與該管段進口截面上的動能流率之比，定義為損失系數(shù)，即： ()在管道流動中，能量損失可以用管段的總壓損失（總壓降）表示，即： = ()式中，為管段進口截面（1）的實際總壓值，Pa；為管段出口截面（2）的實際總壓值Pa。由此可以利用式()和不可壓流動的連續(xù)方程以及能量表達形式可得： ()將式(13)代入式(12)得： ()可見，在不可壓的流動中，損失系數(shù)可以表示為管段的總壓損失與該管段進口截面動壓之比。 管道損失的來源為了計算方便，常常在同一管段中把壓力損失分為“摩擦損失”和“局部損失”，進而認為局部損失是集中在某一個截面上的。雖然這種局部損失實際上可以是分布在一個沿管段相當長的長度上的（只有流體從管道中排除的情況例外）。流體的摩擦損失是由于流體運動時的粘性引起的。層流時，是分子間的動量交換的結果；紊流時，則是運動速度不同的質(zhì)點微團動量交換的結果。流體的局部損失是在正常流動遭到局部破壞時引起的。這些情況常常發(fā)生在流體進入管道，擴散，收縮，轉(zhuǎn)彎，分流的地方；在流體通過格柵（例如網(wǎng)和蜂窩器），節(jié)流裝置（例如閥門，孔板），多孔過濾器的地方；以及經(jīng)過各種障礙物（例如模型，支架，拐角導流片，冷卻器，消聲器）等地方。這些局部的破壞會使流體各部分間的動量交換加劇，從而增加了能量的散逸。另外，流體由管道中排出或射流的動壓損失，也是一種局部損失。 損失系數(shù)的疊加和折算根據(jù)疊加原理，把上述摩擦損失和局部損失相加，則每一段 （）通常，預先求出整個風洞管道中各部段相對于實驗段進口截面上的折算損失系數(shù)。在此基礎上，按疊加原理，將這些折算到同一實驗段進口截面上的損失系數(shù)疊加，就可以通過總損失系數(shù)來計算風洞總的能量損失。當流動是不可壓時，按疊加原理，風洞沿程總損失系數(shù) 可由下式表示： （） 由以上關于管道能量損失（功率）的敘述，如果風洞的總損失系數(shù)為，則風洞的輸出功率可由下式表示： （）低速風洞的能量損失，常用能量比來表示，能量比表示了風洞實驗段功能與為此風洞所消耗的能量（功率）之比，即： （） 式中，為風洞維持最大風速時所需要的能量，而動力段中電機功率的確定與風扇效率，反扭片效率，整流罩效率有關。由此可以推出電機的輸出功率為： （） 式中， ?？梢?，能量比越高，則風洞能量損失（功率）越低，風洞運行也就越經(jīng)濟。由此可以又得到： （） 風洞各段壓力損失計算氣流在通過風洞各段時，可視為絕熱流動。由于各段的尺寸不同而且氣流流經(jīng)各段時在速度上也有著不同，所以每一段的雷諾數(shù)都是不同的。由此每一段的摩擦系數(shù)也是不同的。雷諾數(shù)以及摩擦系數(shù)的公式可由下式表示： （） 和 （）式中，為流經(jīng)管道的氣流的密度，；為氣流流經(jīng)管道的速度， m/s；為氣流進口段的水力直徑，m；為動力粘性系數(shù)。 擴散段在沒有分離的情況下，氣流通過擴散段的損失主要包括摩擦損失以及擴壓損失。其摩擦損失系數(shù)和擴壓損失系數(shù)分別為： = = （）故擴散段的損失系數(shù)可由k表示： （）式中， 和分別為擴散段的進口和出口的截面積，㎡； 為摩擦損失系數(shù)；為擴散段全擴散角度。 動力段動力段的損失系數(shù)可由下式表示：其損失不僅包括洞壁摩擦所引起的摩擦損失，還包括風扇整流罩的損失系數(shù)和組導流片或止旋片的損失系數(shù)。 （）式中，為摩擦損失系數(shù)； 為動力段的長度，m； 為動力段直徑，m；為整流罩尾罩的擴散效率，通常=；為整流罩最大半徑與動力段半徑之比；為導流片（止旋片）的相對厚度。 穩(wěn)定段穩(wěn)定段的損失包括摩擦損失，蜂窩器，以及阻尼網(wǎng)三項的損失之和。（1）摩擦損失系數(shù)為: （）（2）蜂窩器的損失系數(shù)包括入口損失，摩擦損失以及出口損失，其計算表達為: （）式中，為蜂窩器的堵塞度；為摩擦阻力系數(shù)；L為蜂窩器的長度，m；D為蜂窩器孔格水力直徑，m。計算蜂窩器的透氣度： （）（3）阻尼網(wǎng)的損失在阻尼網(wǎng)中最重要的是開孔率： 開孔率=阻尼網(wǎng)開孔面積/阻尼網(wǎng)總面積= （）式中，為網(wǎng)絲直徑，m；為網(wǎng)孔寬度，m。氣流在經(jīng)過阻尼網(wǎng)時計算雷諾數(shù)的公式中的變?yōu)樽枘峋W(wǎng)的網(wǎng)絲直徑,則阻尼網(wǎng)的損失系數(shù) （） 風洞壓力損失計算步驟假設氣流在經(jīng)過風洞時溫度為,實驗段進口面積1,標準大氣壓= Pa。 氣流密度和動力粘性系數(shù)先計算出氣流在風洞內(nèi)的氣流密度以及動力粘性系數(shù)：氣流溫度t=，風洞所在的海平面高度h=0m，地球平均半徑=m,標準大氣壓力=Pa,氣流當量擴散半角所以=其中T為開爾文溫度，T=+t 。將已知參數(shù)帶入以上的式子中，可以得到：Hg==0 m。 = Pa= = 動力段動力段的進口，出口面積分別為=，=，=整流罩尾罩擴散效率=，導流片相對厚度=動力段的平均當量直徑以及平均速度分別為： = 20m/s該段氣流的雷諾數(shù) 105摩擦阻力系數(shù)洞壁摩擦損失系數(shù) 0..16789風扇整流罩的損失系數(shù) =組導流片或止旋片的損失系數(shù)=動力段的壓力損失系數(shù) 當量壓力損失系數(shù) = 擴散段 該段的進口面積=；出口面積=。由計算當量直徑公式 可得出進，出口的當量直徑：== m平均當量直徑 由于氣流是不可壓流，所以可由流體質(zhì)量守恒公式得進口氣流速度以及出口氣流速度=== = m/s平均氣流速度 = m/s該段氣流的雷諾數(shù)Re= = = 105氣流摩擦阻力系數(shù) 當量擴散半角的正切值擴散段的壓力損失系數(shù) = 當量壓力損失系數(shù) = 穩(wěn)定段該段的進出口面積相同為= 。由公式（）及（）可得該段的平均當量直徑和平均速度，分別為： m= m/s（1）：該段氣流的雷諾數(shù)=105 摩擦阻力系數(shù) 小穩(wěn)定段的摩擦損失系數(shù)：（2）：阻尼網(wǎng)：它的規(guī)格為24目/英寸， 網(wǎng)絲直徑 = 網(wǎng)孔直徑== m 阻尼網(wǎng)的開孔率=氣流在流經(jīng)阻尼網(wǎng)時雷諾數(shù)Re = = =105所以阻尼網(wǎng)的壓力損失系數(shù)：=（4）：蜂窩器在該部分有三種損失：入口損失；摩擦損失；出口損失，蜂窩器格厚度= m，蜂窩器格寬= m蜂窩器長度= m，蜂窩器孔格水力直徑= m入口損失系數(shù)=（其中為蜂窩器的堵塞度，其計算公式==）摩擦損失系數(shù)==出口損失==蜂窩器的壓力損失系數(shù)=故穩(wěn)定段的壓力損失系數(shù)當量壓力損失系數(shù) 收縮段 該段的進口面積= ，出口面積=1 ，得收縮段的平均當量直徑以及平均速度分別為： m= m/s該段氣流的雷諾數(shù) =摩擦阻力系數(shù)當量壓力損失系數(shù)= 進出口壓力損失系數(shù)因進出口均為開口設計，所以進出口壓力損失合計為1，即全部損失。 總的壓力損失系數(shù)綜上所述，本文所研究的低速射流式風洞的沿程當量壓力損失系數(shù)，按疊加原理，可由下式表示：=風洞總的能量比== 電機選取根據(jù)總壓損失，可計算應當選取的電機功率：根據(jù)計算結果，取大于計算值最小功率電機，查閱資料可知應取11KW，四級電動機，可取上海日卅變頻制造銷售中心供應的Y160M4三相異步電動機，具體電機型號為：電機名稱 Y系列三相異步電動機類別代號 Y 型號規(guī)格 Y160M4 防護等級 IP23 安裝形式 B3 極數(shù) 4 額定功率 （kw） 11轉(zhuǎn)速 （r/min） 1500電壓 （V） 380額定電流 （A） 效率 （%） 功率因數(shù) （cosφ） 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流 7堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 0轉(zhuǎn)動慣量（kg?m^2） 0噪聲 （dB(A)） 76機座號