亞音速風洞

亞音速風洞

亞音速風洞是指試驗段氣流馬赫數範圍約為0.4-0.8的風洞,馬赫數下限也可以低至0。亞音速風洞的構造與回流式低速風洞相近,驅動風扇的功率較同等尺寸的低速風洞為大,一般都採用兩級或兩級以上的軸流式風扇,並有防止氣流溫升過高的冷卻器換氣裝置。世界上這類風洞不太多,大都建於跨音速風洞、三音速風洞(運行範圍包括亞、跨、超音速的風洞)誕生之前。

基本介紹

  • 中文名:亞音速風洞
  • 外文名:Subsonic wind tunnel
  • 定義:氣流馬赫數約為0.4-0.8的風洞
  • 重要的問題:冷卻問題
  • 方法風洞冷卻:空氣交換、風洞內部等冷卻方法
  • 組成:大型動力設備和冷卻器等
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基本概念

亞音速風洞是指試驗段氣流馬赫數範圍約為0.4-0.8的風洞,馬赫數下限也可以低至0。亞音速風洞的構造與回流式低速風洞相近,驅動風扇的功率較同等尺寸的低速風洞為大,一般都採用兩級或兩級以上的軸流式風扇,並有防止氣流溫升過高的冷卻器或換氣裝置。世界上這類風洞不太多,大都建於跨音速風洞、三音速風洞(運行範圍包括亞、跨、超音速的風洞)誕生之前。

亞音速風洞的冷卻問題

亞音速風洞的冷凍問題是風洞設計中一個十分重要的問題。風洞定常工作的時候,由動力裝置補充給風洞的全部能量,通過摩擦、分離等等,全部轉化為熱能。這些熱能除一部分傳遞到周圍環境中以外,將使風洞氣流及洞身設備的溫度提高,直至達到一個平衡溫度。如果不設法將這些熱量散發掉,溫度將隨時間延續而增高,並且達到很高的平衡溫度。這對風洞和試驗都帶來十分不利的影響。這些影響主要包括以下幾個方面:
(1)如果其他試驗條件不變,溫度升高將使得空氣的粘性係數變大, 因而降低試驗的雷諾數,甚至引起模型附近的流動狀態發生變化。
(2)過高的試驗溫度會使得模型表面上臨時填補外形所用的材料,例如蠟等發生軟化,因而改變模型外形。
(3)若採用內部應變式天平,則高溫會引起天平本身的變形,並使天平內部電阻絲的工作條件受到影響。對於機械式天平,過高的溫度變化也會引起天平的零讀數發生漂移,因而影響測量精度。
(4)風洞結構會因溫度升高而膨脹,因而引起結構內部的熱應力,或者變形。如果設計中不考慮這個因素,變形甚至會引起結構破壞。
(5)若驅動風扇的電機裝在風洞內部,而且電機本身沒有專門的冷卻設備,則溫度升高會使電機的工作性能變壞,甚至引起破壞。
在以上的影響中,第(1)、(4)條尤其值得注意。由此看來,亞音速風洞的冷卻問題是十分必要和重要的,一般希望試驗段的溫度為常數,保持在15-20℃之間,最高也不應超過45℃。
風洞冷卻所採用的方法大致有三種:
(1)風洞內部冷卻法;
(2)風洞管道表面冷卻法;
(3)空氣交換冷卻法。
某個風洞究竟採用哪一種冷卻方法,應該從多方面考慮。例如,風洞管道的結構材料以及傳熱情況,需要冷卻的空氣流量及風洞內外溫度差,風洞的壓力或密度是否變化,風洞所承擔的試驗,以及當地的施工條件等等。不管採用哪一種冷卻方法,冷卻系統都應主要設定在風洞管道的溫度最高處,應該力求冷卻器所帶來的壓力損失最小。

亞音速風洞的結構問題

在亞音速風洞中,由於一般都採用大擴散比,並且需要安裝大型動力設備和冷卻器等,因而風洞管道的直徑都比較大,管道也比較長。風洞洞身的載荷以及受熱都很嚴重,因此,在風洞結構設計時,必須考慮很多問題,這些問題與下述風洞氣動力參數和狀況有關。
(1)風洞是否改變壓力以及改變的範圍;
(2)風洞試驗段附近的靜壓以及動壓
(3)風洞在工作以及停車時的內部空氣溫度和工作環境;
(4)由於風扇轉動以及空氣流動所引起的振動等等。

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