【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)和共振，從而斷塌，引起建筑學(xué)界強(qiáng)烈震驚 。 各行各業(yè)的發(fā)展越來越需要空氣動(dòng)力學(xué)和風(fēng)洞試驗(yàn)的參與， 對(duì)此 已經(jīng)形成了新的學(xué)科： “ 工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué) ” 和 “ 風(fēng)工程學(xué) ” [23]。除了用于軍事目的，民用汽車、火車、橋梁、高層建筑、氣體計(jì)量?jī)x表等，都可以在風(fēng)洞中做試驗(yàn) 。 我國(guó) 的風(fēng)洞建設(shè)發(fā)展迅速， 1977 年中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心建成亞洲最大的低速風(fēng)洞， 該風(fēng)洞主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng) 66m、寬 33m，實(shí)驗(yàn)段截面 ，其串聯(lián)雙試驗(yàn)段面積為 8 m6 m 和 16 m12 m，風(fēng)速達(dá) 100 m/s，功率為 7 800 kW， 主要用于航空航天飛行器空氣動(dòng)力研究，風(fēng)洞總體性能先進(jìn)，模擬狀態(tài)更接近真實(shí)飛行條件，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 1999 年又建成具有世界規(guī)模的跨聲速風(fēng)洞，試驗(yàn)段口徑為 m，馬赫數(shù)為 ～ 。 為滿足我國(guó) 21 世紀(jì)初軍用、民用飛機(jī)研制對(duì)低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中高 Re 數(shù)的需要，中國(guó)航空工業(yè)空氣動(dòng)力研究院計(jì)劃于 2021 年建成一座性能先進(jìn)的低速增壓風(fēng)洞。該風(fēng)洞軸線為 78m（長(zhǎng)）18m（寬）；最大直徑 16m（穩(wěn)定段）；容積 13000m3；實(shí)驗(yàn)段尺寸為 （寬）第一章 緒 論 5 （高 ） 11m（長(zhǎng)）；最大風(fēng)速為 130m/s；風(fēng)洞壓力范圍為 0～ ；風(fēng)洞功率為 9500kW；最高雷諾數(shù)達(dá)到 106。然而 我國(guó) 目前建立的風(fēng)洞大多分布在有關(guān)航空航天領(lǐng)域各部門，且多為修建費(fèi)用昂貴的較大型高速風(fēng)洞 [24]。為適應(yīng)工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要， 在非航天航空領(lǐng)域，我國(guó)風(fēng)洞技術(shù)也迅速的發(fā)展起來。例如， 對(duì)于大型工廠、礦山群， 將其 做成模型，在風(fēng)洞中進(jìn)行防止污染和擴(kuò)散的試驗(yàn) 。 在這種風(fēng)洞中，試驗(yàn)段的氣流并不是均勻的，從風(fēng)洞底板向上，速度逐漸增加，模擬地面 “風(fēng) ”的運(yùn)動(dòng)情況（稱為大氣邊界層），我國(guó) 也 已建成了十幾 座這樣的風(fēng)洞 。 本文研究 主要內(nèi)容 為了對(duì)本實(shí)驗(yàn)室新建成的直流式低速風(fēng)洞試驗(yàn)裝置的總體性能作出評(píng)價(jià)，對(duì)該風(fēng)洞整體運(yùn)行情況和實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的流場(chǎng)特性進(jìn)行了解，為今后的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，尤其希望 在今后的科學(xué)試驗(yàn)中 充分利用這套風(fēng)洞裝置。 本課題擬采用實(shí)驗(yàn)和理論研究分析兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行直流式低速風(fēng)洞流動(dòng)特性的研究。需要完成如下工作： ，包括轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、流速測(cè)量系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等； 、穩(wěn)定性、方向性、紊流度、流場(chǎng)均勻性等參數(shù)的測(cè)量 來驗(yàn)證風(fēng)機(jī)工作頻率與實(shí)驗(yàn)段的空氣平均流速是否呈線性關(guān)系，以及新建成風(fēng)洞內(nèi)氣流的方向性、穩(wěn)定性和均勻性，新建成風(fēng)洞的紊流度范圍； ，評(píng)價(jià)該新建風(fēng)洞的流場(chǎng)品質(zhì) 。東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 本課題擬在低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。該實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞屬于直流式低速風(fēng)洞，采用前后串連的雙實(shí)驗(yàn)段方案，即實(shí)驗(yàn)段有兩部分，第一實(shí)驗(yàn)段尺寸為1200mm 1200mm，第二實(shí)驗(yàn)段尺寸為 800mm 800mm。本風(fēng)洞采用變頻裝置來調(diào)節(jié)風(fēng)速，其最大速度可達(dá) 30m/s（以第二實(shí)驗(yàn)段為 標(biāo)準(zhǔn)）。風(fēng)機(jī)采用 HL32A混流式風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速 960 轉(zhuǎn) /分鐘，功率 30 千瓦，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)最大噪聲小于 90dB(A)。系統(tǒng)控制采用 PLC 實(shí)現(xiàn)，通過 PLC 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)方手動(dòng)或就地手動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)段有透明部分，滿足可視化測(cè)量要求。風(fēng)洞效果圖如圖 21所示 ： 1. 蜂窩器 7. 擴(kuò)壓段 8. 風(fēng)機(jī) 圖 21 風(fēng)洞效果圖 該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集通過皮托管，通過 R 法交變器傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意 圖如圖 2 所示。 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 7 4. Dwyer 166T 型 伸縮式皮托管 圖 22 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： （ 1）有效試驗(yàn)段內(nèi)氣流流速的測(cè)量； （ 2）有效試驗(yàn)段內(nèi)氣流的均勻性； （ 3）有效試驗(yàn)段內(nèi)氣流的穩(wěn)定性； （ 4）有效試驗(yàn)段內(nèi)氣流的方向； （ 5）有效試驗(yàn)段內(nèi)氣流的紊流度。 實(shí)驗(yàn)步驟： a、測(cè)點(diǎn)布置 （ 1）第一試驗(yàn)段 分別在 XY 方向上均勻分布 9X9 共 81 個(gè)測(cè)點(diǎn) ,其中 X 為風(fēng)洞寬 ,Y 為風(fēng)洞的高 .具體分布見圖 23： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖 23 第一試驗(yàn)段測(cè)點(diǎn)分布圖 （ 2）第二試驗(yàn)段 分別在 XY 方向上均勻分布 6X6 共 36 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分布規(guī)則同第一試驗(yàn)段。具體分布見圖 24。 b、試驗(yàn)裝置 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 Dwyer 166T 型 伸縮式皮托管 1 166P100BA4YA 型差壓變送器 1 24V 直流電源 1 250Ω 電阻 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) c、試驗(yàn)過程 本試驗(yàn)采用皮托管和差壓變送器測(cè)定氣流的動(dòng)壓，在試驗(yàn)段測(cè)量截面的各個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)，分別測(cè)定頻率為 3， 5， 10， 15， 20， 25， 30， 35， 40， 45， 50Hz，共 11 個(gè)頻率的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)前首先要確定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大氣壓力，密度以及溫度，為后期修正環(huán)境對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響提供依據(jù)。試驗(yàn)時(shí) ，將變頻器調(diào)到設(shè)定頻率上，穩(wěn) 定 5 分鐘，在穩(wěn)定工況下，對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)等時(shí)間間隔多次讀取數(shù)據(jù) 。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 圖 24 第二實(shí)驗(yàn)段測(cè)點(diǎn)分布圖 氣流性能要求 實(shí)驗(yàn)段是安裝模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的地方，該區(qū)域的氣流空氣動(dòng)力特性的好壞決定了風(fēng)洞設(shè)計(jì)和制造的成敗，直接影響到測(cè)量結(jié)果的可靠性，是風(fēng)洞各組成部分工作的最后體現(xiàn)和評(píng)價(jià)一個(gè)風(fēng)洞好壞的主要指標(biāo) [26]。任何風(fēng)洞要保證實(shí)驗(yàn)段處的流場(chǎng)均勻，紊流度較低，具體有如下方面的要求： （ 1）氣流各參數(shù) —— 流速、壓力、溫度等在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的任一截面上盡可能達(dá)到均勻分布，并且不隨時(shí)間改變。平均速度的均根誤差通常要求小于 ％，均勻區(qū)占?xì)饬鳈M截面積的 90％左右； （ 2）氣流的穩(wěn)定性一般要求η≤ ％； （ 3）氣流方向與風(fēng)洞軸線之間偏航角應(yīng)盡可能小，俯仰方向小于 176。，偏航方向小于 1176。； 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 9 （ 4）具有合乎的紊流度要求：普通風(fēng)洞小于 1％，低紊流風(fēng)洞為 ％～％。東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 風(fēng)洞試驗(yàn)是模擬模型在靜止大氣中運(yùn)動(dòng)的一種試驗(yàn)。當(dāng)模型固定不動(dòng)時(shí)，要求風(fēng)洞氣流的各參數(shù)在時(shí)間和空間的各 點(diǎn)上，都是均勻的。并且還必須滿足相似準(zhǔn)則對(duì)氣流提出的要求。但在實(shí)際風(fēng)洞流場(chǎng)中，要完全做到這一點(diǎn)，幾乎是不可能的。通常，當(dāng)一個(gè)風(fēng)洞建成后，需要在實(shí)驗(yàn)段的各個(gè)截面上逐點(diǎn)測(cè)定氣流的流動(dòng)品質(zhì)及風(fēng)洞效率等。實(shí)驗(yàn)段氣流的各種特性包括如下一些指標(biāo)： （ 1）流速。 在低速氣流中，如測(cè)出氣流的總壓 0P 與靜壓 p 之差，即測(cè)出氣流的動(dòng)壓，則可根據(jù)伯努利方程計(jì)算出氣流速度。即 vKppV )(2 0 ?? ? （ 3— 1） 其中： vK 為速度探針的校正系數(shù)，在比較均勻的低速氣流中通常用皮托管感受氣流的動(dòng)壓。 （ 2）氣流均勻性。速度的均勻性是指氣流速度在空間的分布情況。一般要求風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)各個(gè)截面內(nèi)各點(diǎn)的氣流速度與氣流平均速度相對(duì)偏差的均方根值小于某一給定值。 速度偏差的均方根 v? 為 ?? ???ni iv vvn 12)/(11 平均? （ 3— 2） 其中， 平均v 為氣流平均速度，因?yàn)樵谕粶y(cè)點(diǎn)，每次測(cè)量的時(shí)間間隔基本相等，故根據(jù)時(shí)均速度的定義： ???????????????niiniiniiiti vntvtdtvtv11101)(1平均 （ 3— 3） 即可用多次測(cè)量的算術(shù)平均值作為該測(cè)量點(diǎn)的時(shí)均速度。 iv 為第 i 點(diǎn)的速度 ； 第三章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 11 v? 為第 i 點(diǎn)的速度偏差， 平均vvv i ??? ； n 為測(cè)量點(diǎn)數(shù) 。 （ 3）氣流穩(wěn)定性。氣流的穩(wěn)定性是指氣流的動(dòng)壓或速度隨時(shí)間而脈動(dòng)的情況。其用規(guī)定時(shí)間（完成一個(gè)測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量所用時(shí)間）瞬時(shí)動(dòng)壓和平均動(dòng)壓之差絕對(duì)值的最大值與平均動(dòng)壓之比表示，即： %100m a x ???dddppp? （ 3— 4） 對(duì)風(fēng)洞的穩(wěn)定性的一般要求為η≤ %。 （ 4）氣流 紊流度。假定流動(dòng)為一元流動(dòng)，根據(jù)紊流度的定義，各測(cè)點(diǎn)上的紊流度由下式確定： 平均平均平均 vvvnvvvvniizyx ??????? 12239。239。239。 )(1)(31? （ 3— 5） （ 5）氣流偏角 在低速氣流中常用多孔探頭，例如五孔探頭來測(cè)量流場(chǎng)中某一點(diǎn)的氣流方向。探頭的頭部為半球形，上面開有 5 個(gè)測(cè)壓孔。上、下兩個(gè)測(cè)壓孔（孔 1 和孔 2）用來測(cè)量氣流在垂直平面內(nèi)氣流方向與探頭軸線的夾角α；左、右兩個(gè)測(cè)壓孔（孔 3 和孔 4）用來測(cè)量在水平面內(nèi)氣流方向與探頭軸線之間的夾角β。孔5 用來感受總壓。 五孔探針測(cè)量流向的原理是：假定半球形頭部和 5 個(gè)測(cè)壓