低速風(fēng)洞設(shè)計(jì)說明書

1、 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué) 院： 航空宇航學(xué)院學(xué)生姓名： 楊馨學(xué) 號(hào)： 二一六年十二月低速風(fēng)洞設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)段設(shè)計(jì)該風(fēng)洞設(shè)計(jì)最大風(fēng)速為100米每秒，預(yù)設(shè)功能為做全機(jī)模型低速氣動(dòng)特性測(cè)量試驗(yàn)，一般的迎角在負(fù)20度到正30度之間，采用回流式。實(shí)驗(yàn)段截面形狀選擇實(shí)驗(yàn)段截面形狀有圓形、方形、八角形、橢圓形及矩形等。選擇剖面形狀的原則是在滿足實(shí)驗(yàn)要求下最有效地利用全部氣流切面積，因而可以減少風(fēng)洞的驅(qū)動(dòng)功率。綜合考慮氣流均勻度和洞壁干擾等因素，選取矩形截面。實(shí)驗(yàn)段截面尺寸選擇為使雷諾數(shù)達(dá)到2.5*106,根據(jù)風(fēng)速100米每秒，再取平均展弦比為6，并且要求模型展長(zhǎng)不超過風(fēng)洞寬度的0.7倍，估算得

2、實(shí)驗(yàn)段寬度約為3.7米，取實(shí)際寬度為4米；由于迎角不太大，對(duì)于實(shí)驗(yàn)段高度要求不大，取為3米。實(shí)驗(yàn)段開口式、閉口式的選擇為保證實(shí)驗(yàn)段氣流均勻度以及減少可能的能量損失，采用閉口式實(shí)驗(yàn)段。實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)度確定模型應(yīng)置于實(shí)驗(yàn)段的均勻流場(chǎng)中。模型頭部至實(shí)驗(yàn)段入口應(yīng)保持一定距離，以l1表示，假設(shè)實(shí)驗(yàn)段相當(dāng)直徑為D0，則L1大致為0.250.50 D0；模型的長(zhǎng)度以l2表示，大約為0.751.25 D0，各種類型飛機(jī)的模型是不相同的；模型尾部至擴(kuò)壓段進(jìn)口也應(yīng)保持一定距離，以l3表示，一方面保證模型的尾流不過多影響擴(kuò)壓段效率，另一方面也不使擴(kuò)壓段的流動(dòng)影響模型尾部，這個(gè)距離大約為0.751.25 D0。因此，實(shí)驗(yàn)段

3、長(zhǎng)度應(yīng)保持在1.753.0 D0的范圍內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，D0約等于3.9米，取實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)度為8米。2、收縮段設(shè)計(jì)收縮段作用加速氣流，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要的速度。收縮段應(yīng)滿足以下要求：（1） 氣流沿收縮段流動(dòng)時(shí)，洞壁上不出現(xiàn)分離；（2） 收縮段出口的氣流要求均勻、平直而且穩(wěn)定；（3） 收縮段不宜過長(zhǎng)。收縮段長(zhǎng)度收縮比取為10，收縮段出口尺寸根據(jù)試驗(yàn)段尺寸取R2為2米，根據(jù)收縮比計(jì)算得進(jìn)口尺寸R1約為6.32米，收縮段長(zhǎng)度一般采用進(jìn)口直徑的0.51.0倍，取為8米。收縮曲線設(shè)計(jì)：其中，a2=3*2,根據(jù)該公式繪出收縮曲線如下：3、穩(wěn)定段及整流裝置設(shè)計(jì)穩(wěn)定段又稱安定段。整流裝置包括蜂窩器和紗網(wǎng)等，其目的都是使

4、氣流均勻或降低紊流度，故名整流裝置。蜂窩器蜂窩器由許多等截面小管道并列組成，形狀如同蜂窩，其作用在于導(dǎo)直氣流，使其平行于風(fēng)洞軸線，把氣流中的大尺度旋渦分割成小旋窩，有利于加快旋渦的衰減。同時(shí)，蜂窩管道對(duì)氣流的摩擦還有利于改善氣流的速度分布。蜂窩器截面形狀選擇為減小損失系數(shù)，采用較好的六角形截面蜂窩器截面尺寸選擇為達(dá)到較好的整流效果，取蜂窩口徑為10厘米，長(zhǎng)度為60厘米。紗網(wǎng)紗網(wǎng)的作用是降低氣流紊流度?？紤]常用情況，網(wǎng)的層數(shù)取2，網(wǎng)的粗細(xì)取28目/寸。4、擴(kuò)壓段設(shè)計(jì) 擴(kuò)壓段，也稱擴(kuò)散段，作用是把氣流的動(dòng)能變成壓力能。取擴(kuò)壓段長(zhǎng)度為22.9米。5、拐角及導(dǎo)流片設(shè)計(jì)氣流經(jīng)過拐角時(shí)很容易發(fā)生分離，出現(xiàn)

5、很多旋窩，使流動(dòng)不均勻或發(fā)生脈動(dòng)。因而在拐角處設(shè)置拐角導(dǎo)流片，防止分離和改善流動(dòng)。拐角圓角設(shè)計(jì)對(duì)于圓截面的管道，通常當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑R與管道直徑D之比在2以上時(shí)，損失才比較小并趨于穩(wěn)定。但是，由于風(fēng)洞管道的直徑很大，尤其在第三、第四拐角處，要求轉(zhuǎn)彎半徑大于風(fēng)洞直徑2倍是非常困難的。導(dǎo)流片設(shè)計(jì)拐角處每排導(dǎo)流片數(shù)量一般為1020個(gè)，為使導(dǎo)流效果明顯，并考慮不同拐角處氣流速度的差異，在第一、第二拐角處每排布置12個(gè)導(dǎo)流片；第三、四拐角處每排布置24個(gè)導(dǎo)流片。導(dǎo)流片的弦長(zhǎng)為C，間距為 D。參考低速風(fēng)洞設(shè)計(jì)表2-2各種導(dǎo)流片的性能，采用最佳間距比0.4，其損失系數(shù) 為0.11，并采用翼剖面型。雖然翼剖面型加工

6、困難，但強(qiáng)度好，大中型風(fēng)洞拐角導(dǎo)流片一般都采用翼剖面型。6、回流段設(shè)計(jì) 回流段在風(fēng)洞管道中，位于風(fēng)扇系統(tǒng)后至第三拐角，仍采用擴(kuò)張管道：一方面繼續(xù)把動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能，減少氣流損失；另一方面是為了增加管道面積，以得到較大收縮比?？汕蟮没亓鞫伍L(zhǎng)度為： （6.32-4）/tan(4.5)=29.5米。7、風(fēng)扇段長(zhǎng)度確定22.9+8+8+6+0.1-29.5-1=14.5米8、風(fēng)洞整體尺寸確定風(fēng)洞橫向總體尺寸確定第四拐角至第一拐角之間包括穩(wěn)定段、收縮段、實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)壓段，長(zhǎng)度為：12.64+2+6+8+8+22.9+0.1+6+1=66.64米第二拐角至第三拐角之間包括風(fēng)扇段、回流段，長(zhǎng)度為：12.64+

7、2+29.5+14.5+8+1=67.64米風(fēng)洞縱向總體尺寸確定第三拐角至第四拐角之間長(zhǎng)度為：8+6+1+1+14=30米第一拐角至第二拐角之間長(zhǎng)度為： 12.64+14+3+4+1+1=35.64米9、風(fēng)洞能量比計(jì)算能量比定義：實(shí)驗(yàn)段氣流的動(dòng)能流率（即單位時(shí)間通過的動(dòng)能）與通過動(dòng)力系統(tǒng)輸入風(fēng)洞的功率之比。1）以電網(wǎng)輸給風(fēng)洞電機(jī)的功率作為輸入功率：電機(jī) =0.5*3*F/EI 2）以電機(jī)輸給風(fēng)扇的功率作為輸入功率風(fēng)扇 =0.5*3*F/N3）以風(fēng)扇輸給氣流的功率作為輸入功率風(fēng)洞 =0.5*3*F/風(fēng)扇/N當(dāng)量損失系數(shù)計(jì)算1)實(shí)驗(yàn)段損失對(duì)于實(shí)驗(yàn)段來說，損失系數(shù)就是當(dāng)量損失系數(shù)。因而有K0=*L/

8、D0，其中D0為水力直徑。實(shí)驗(yàn)段的雷諾數(shù)約為2.74*107，所以，可以求得=0.0032+0.221Re(-0.237)=0.0070,則K0=0.0070*8/3.43=0.01632） 擴(kuò)壓段損失K0=K=(平均)/8*tan(/2)+0.6*tan(/2)*(1-(D1/D2)4)=0.03713) 回流段損失 K0=K*(F0/F1)2=0.01124) 拐角損失K0=(0.10+4.55/(lgRe)2.58)*( F0/F)2,四個(gè)拐角總和為0.04225） 蜂窩器損失K0=0.20*( F0/F)2=0.00186） 紊流網(wǎng)損失K0=(1-(1-d/l)2)/(1-d/l)4*( F0/F)2=0.00277） 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛽p失K0=S*Cx*/ F0=0.001總