【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(fēng)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(fēng)洞分部設(shè)計，從而完成風(fēng)洞設(shè)計任務(wù)。下一章主要進行風(fēng)洞能量損失計算，并根據(jù)計算結(jié)果選取合適的電機。3 風(fēng)洞能量損失計算 風(fēng)洞能量損失研究的意義在風(fēng)洞的設(shè)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(fēng)洞設(shè)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(shè)計出滿足試驗要求的風(fēng)洞來。通過對風(fēng)洞能量損失的計算，可對風(fēng)洞所能進行的有效試驗范圍有明確的認(rèn)識，并且能提高風(fēng)洞試驗的效率。同時還能利用對風(fēng)洞能量損失計算的結(jié)果來幫助進行試驗研究以及一些試驗結(jié)果的理論分析?？傊?，風(fēng)洞能量損失的研究可以說是風(fēng)洞研究的一項最基本、最重要的內(nèi)容，它在風(fēng)洞的設(shè)計和使用過程中起到了不可忽視的作用，這項研究在當(dāng)今風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(xué)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(rèn)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(dāng)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(jié)果；紊流時，則是運動速度不同的質(zhì)點微團動量交換的結(jié)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(dǎo)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(yù)先求出整個風(fēng)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(chǔ)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(fēng)洞總的能量損失。當(dāng)流動是不可壓時，按疊加原理，風(fēng)洞沿程總損失系數(shù) 可由下式表示： （） 由以上關(guān)于管道能量損失（功率）的敘述，如果風(fēng)洞的總損失系數(shù)為，則風(fēng)洞的輸出功率可由下式表示： （）低速風(fēng)洞的能量損失，常用能量比來表示，能量比表示了風(fēng)洞實驗段功能與為此風(fēng)洞所消耗的能量（功率）之比，即： （） 式中，為風(fēng)洞維持最大風(fēng)速時所需要的能量，而動力段中電機功率的確定與風(fēng)扇效率，反扭片效率，整流罩效率有關(guān)。由此可以推出電機的輸出功率為： （） 式中， ?？梢?，能量比越高，則風(fēng)洞能量損失（功率）越低，風(fēng)洞運行也就越經(jīng)濟。由此可以又得到： （） 風(fēng)洞各段壓力損失計算氣流在通過風(fēng)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(fēng)扇整流罩的損失系數(shù)和組導(dǎo)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(dǎo)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(fēng)洞壓力損失計算步驟假設(shè)氣流在經(jīng)過風(fēng)洞時溫度為,實驗段進口面積1,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓= Pa。 氣流密度和動力粘性系數(shù)先計算出氣流在風(fēng)洞內(nèi)的氣流密度以及動力粘性系數(shù)：氣流溫度t=，風(fēng)洞所在的海平面高度h=0m，地球平均半徑=m,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力=Pa,氣流當(dāng)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?jǐn)U散效率=，導(dǎo)流片相對厚度=動力段的平均當(dāng)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(fēng)扇整流罩的損失系數(shù) =組導(dǎo)流片或止旋片的損失系數(shù)=動力段的壓力損失系數(shù) 當(dāng)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(dāng)量直徑公式 可得出進，出口的當(dāng)量直徑：== m平均當(dāng)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(dāng)量擴散半角的正切值擴散段的壓力損失系數(shù) = 當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(shè)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(fēng)洞的沿程當(dāng)量壓力損失系數(shù)，按疊加原理，可由下式表示：=風(fēng)洞總的能量比== 電機選取根據(jù)總壓損失，可計算應(yīng)當(dāng)選取的電機功率：根據(jù)計算結(jié)果，取大于計算值最小功率電機，查閱資料可知應(yīng)取11KW，四級電動機，可取上海日卅變頻制造銷售中心供應(yīng)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