基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，可以有效解决现有的风洞温度加热慢、加热不精准、加热至目标温度等待时间长等问题，能够在最短的时间内达到实验者设定的温度值，对提高风洞实验效率具有重要意义。使用该系统对回流风洞流道内工质温度进行监测与控制的方法，通过不同加热模块的组合和可调功运行的设计使得同一个热回流风洞的加热性能达到最优，为实验者节约了大量宝贵时间，同时也提高了热风洞加热的安全性。

Heating system and operation method based on hand automatic dual mode power matching for recirculation wind tunnel

The invention discloses a heating system for a wind tunnel based on manual automatic dual-mode power matching, which can effectively solve the problems of slow heating, inaccurate heating and long waiting time for heating to the target temperature of the existing wind tunnel, and can reach the temperature value set by the experimenter in the shortest time, thereby improving the efficiency of the wind tunnel experiment. Of great significance. The system is used to monitor and control the working medium temperature in the flow passage of the recirculating wind tunnel. Through the combination of different heating modules and the design of adjustable power operation, the heating performance of the same heat recirculating wind tunnel can be optimized, which saves a lot of precious time for the experimenter and improves the safety of heating the hot wind tunnel.

【技术实现步骤摘要】
基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统及使用方法
本专利技术属于风洞实验
，具体涉及一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统及使用方法。
技术介绍
风洞(windtunnel)即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种实验方法，流动条件容易控制。实验时，常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风，通过测控仪器和设备取得实验数据。流体力学方面的风洞实验的主要分类有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。其中传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。如图1所示，普通回流风洞的风洞结构示意图，在风洞的某一位置设置有鼓风机，带动循环气流在环形风洞中流动，在气流稳定的位置进行风洞测试，称之为试验段。在进行传热实验时，需要对某些工况下实验环境的工质进行升温加热工作，因而就产生了如何快速加热风洞的问题，以及由此衍生出来的排气降温问题。普通回流风洞不具备对风道工质进行加热的功能，因而不能用来做流体工质变温的相关实验。同时，由于回流风洞主要是通过组装在风道里的鼓风机带动气流流动的，因而鼓风机旋转时轴承摩擦产生的热量经常会使得工质温度随着实验的进行逐渐升高起来，这对于需要稳定的环境温度的风洞实验来说极为不利。普通风洞不能对环境温度进行监测与控制直接影响了实验测试数值的精确性。中国技术专利“一种湿度温度可调节的汽车空气动力学风洞”(CN204612889U)，是在本检索过程中与本专利技术最相关的有关回流风洞领域的技术文件。比较对比容易发现与本专利技术的加热及控温方法不同：文献中描述加热方式是通过在回流风洞第一拐角处引入经加热、加湿的外界气流，并通过控制外部气流的流量达到控温的目的。而本专利提案采用电加热方式在回流风洞内部拐角处放置电加热装置对气体进行加热并通过控制加热功率达到控温目的。且本专利提案中所述排气降温方式在文献中未见描述。中国技术专利“调节气流温度的校准风洞”(CN206223399U)，同为对风洞进行加热、控温的专利技术创造。但对比可发现，首先，加热的风洞结构/类型不同，文献所述风洞为校准风洞，包含进气段、加热段、整流段、稳定段、以及收缩段，可归类为一种直流风洞；而本专利提案则针对回流风洞进行加热。然后是加热装置的布置不同，因风洞结构不同，加热装置的布置也有所区别。本专利提案中的风洞不存在独立功能的加热段，而是通过将加热装置安置在回流风洞三、四拐角导流片处实现加热功能。其次，加热功率控制方案不同，文献中提出通过控制电功率的方式控制加热温度，但对控制电功率的实施方案未做描述；本专利提案给出了基于手动和自动双模式功率匹配的控制方法。再有，保温棉布置不同，文献方案在整流段、稳定段、以及收缩段设置保温棉；本专利提案在包括动力段、扩散段、拐角段、稳压段、收缩段等在内的所有风洞外表面设置保温棉。且本专利提案中所述排气降温方式在文献中未见描述。在涉及到传热的相关实验中，不仅仅在风洞实验中，保温效果一直被认为是能否保证实验精度的重要考虑因素之一。热量在传递过程中，必然会从高温区向低温区方向进行，学界将传热途径大致分为三种，分别是热传导，热对流和热辐射。而在风洞试验中，同时涉及到这三方面的传热方式。热风与风洞壁面接触必定会将一部分热量传导到金属中，进而传递到风洞外表面与外部环境进行热量交换，这时候如何对其进行保温是提高实验精度的重要方法。在风洞内部，尤其是实验段部分，剧烈的热对流，即冷气冷却实验件的过程，对流必然会对循环风洞内部的温度造成扰动，因而如何精确控制风洞内部的热风也就成了另一个现实的问题。热辐射主要是由于高温气体产生的必然现象，这一部分的热损失同样可以通过外部的保温措施进行改善。通过上述分析，可见热风洞实验的精确操作是多方面因素共同影响的，保温和控温是试验流程中的重要内容。对比传统的风洞实验保温和控温方法上，我们发现还有很大的空间来对实验精度进行改善，最大程度避免不必要的热损失。本实验核心创新就是将保温和控温作为一个整体进行考虑来设计新的风洞实验系统，并且考虑到真实实验过程中的一些更人性化的需求，比如，在风洞加热完成后，如何才能够迅速将风洞内部的大量高温气体耗散掉，如何使风洞能够在自主控制的情况下，实验设定温度的快速调节减少实验人员的等待时间等，这些对比传统的风洞都有很大的改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统及使用方法，旨在解决普通回流风洞不具备对风道工质进行加热、普通风洞不能对环境温度进行监测与控制直接影响了实验测试数值的精确性的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，包括安装在回流风洞流道内模块化的加热器以及用于控制所述加热器的可编程控制器；所述可编程控制器有自动运行模式和手动运行模式两种模式；所述可编程控制器内还设置有数据输入模块和数据处理模块；所述数据输入模块与所述数据处理模块电性连接；所述加热器与所述可编程控制器电性连接；所述加热器包括第一加热组和第二加热组；所述第一加热组与所述第二加热组独立设置，且能够单独进行调控运行；所述第一加热组与所述第二加热组的构成相同，均是由四个不同额定功率的加热模块组成，四个所述加热模块的额定功率分别为30KW、25KW、20KW和15KW；回流风洞中安装有加热器的区域为加热段；所述第一加热组与所述第二加热组分别安装于回流风洞中鼓风机下游的两个拐角区域处；回流风洞中安装有鼓风机的对称流道区域为试验段；还包括三个设置在不同位置的温度探测器；三个所述温度探测器均与所述可编程控制器内的所述数据处理模块电性连接；三个所述温度探测器分别安装在回流风洞流道内的加热段、鼓风机下游及试验段上游。优选地，为了保证使用寿命和测试精度，所述温度探测器均为PT100型电阻温度探测器。进一步，为了便于在实验进行时，能够将风洞风道内的空气工质温度维持在设定值上，与此同时要求风洞具有绝佳的保温性能，上述基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统还包括设置于回流风洞外表面的保温结构；所述保温结构从靠近回流风洞的一侧开始计算，分为三层，第一层为玻璃纤维棉；第二层为铝箔纸，第三层为铝板。优选地，为了保证保温效果，所述玻璃纤维棉的厚度不低于20mm。进一步，为了便于在实验结束后，能够在最短的时间内完成循环风洞的排气工作，上述基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统还包括设置于所述第一加热组和所述第二加热组之间的排气门，所述排气门为双开门设计，其能够同时向两个方向展开；在实验进行时两扇门全部闭合，回流风洞内风道形成密闭循环通道；在实验结束后，需要对流道进行冷却，则将两扇门分别向相反的两个方向打开即可。进一步，为了便于试验者查看回流风洞内工质的温度，上述基于手自动双模式功率匹配回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，包括安装在回流风洞流道内模块化的加热器以及用于控制所述加热器的可编程控制器；所述可编程控制器有自动运行模式和手动运行模式两种模式；所述可编程控制器内还设置有数据输入模块和数据处理模块；所述数据输入模块与所述数据处理模块电性连接；所述加热器与所述可编程控制器电性连接；所述加热器包括第一加热组和第二加热组；所述第一加热组与所述第二加热组独立设置，且能够单独进行调控运行；所述第一加热组与所述第二加热组的构成相同，均是由四个不同额定功率的加热模块组成，四个所述加热模块的额定功率分别为30KW、25KW、20KW和15KW；回流风洞中安装有加热器的区域为加热段；所述第一加热组与所述第二加热组分别安装于回流风洞中鼓风机下游的两个拐角区域处；回流风洞中安装有鼓风机的对称流道区域为试验段；还包括三个设置在不同位置的温度探测器；三个所述温度探测器均与所述可编程控制器内的所述数据处理模块电性连接；三个所述温度探测器分别安装在回流风洞流道内的加热段、鼓风机下游及试验段上游。

【技术特征摘要】
1.一种基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，包括安装在回流风洞流道内模块化的加热器以及用于控制所述加热器的可编程控制器；所述可编程控制器有自动运行模式和手动运行模式两种模式；所述可编程控制器内还设置有数据输入模块和数据处理模块；所述数据输入模块与所述数据处理模块电性连接；所述加热器与所述可编程控制器电性连接；所述加热器包括第一加热组和第二加热组；所述第一加热组与所述第二加热组独立设置，且能够单独进行调控运行；所述第一加热组与所述第二加热组的构成相同，均是由四个不同额定功率的加热模块组成，四个所述加热模块的额定功率分别为30KW、25KW、20KW和15KW；回流风洞中安装有加热器的区域为加热段；所述第一加热组与所述第二加热组分别安装于回流风洞中鼓风机下游的两个拐角区域处；回流风洞中安装有鼓风机的对称流道区域为试验段；还包括三个设置在不同位置的温度探测器；三个所述温度探测器均与所述可编程控制器内的所述数据处理模块电性连接；三个所述温度探测器分别安装在回流风洞流道内的加热段、鼓风机下游及试验段上游。2.根据权利要求1所述的基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，还包括设置于回流风洞外表面的保温结构；所述保温结构从靠近回流风洞的一侧开始计算，分为三层，第一层为玻璃纤维棉；第二层为铝箔纸，第三层为铝板。3.根据权利要求1或2所述的基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，还包括设置于所述第一加热组和所述第二加热组之间的排气门，所述排气门为双开门设计，其能够同时向两个方向展开；在实验进行时两扇门全部闭合，回流风洞内风道形成密闭循环通道；在实验结束后，需要对流道进行冷却，则将两扇门分别向相反的两个方向打开即可。4.根据权利要求3所述的基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，还包括显示器，三个所述温度探测器均与所述显示器电性连接。5.根据权利要求4所述的基于手自动双模式功率匹配回流风洞加热系统，其特征在于，所述温度探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖迎庆，陈毅，韦宏，李松阳，徐弘一，
申请(专利权)人：复旦大学，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31