可产生稳定弧形气流的风洞制造技术

公开了一种可产生稳定弧形气流的风洞，所述风洞试验段下壁面设置有引导气流流动的弧形导流板(4)，进风段(1)和出风段(2)之间的部分向上延伸形成突出的滞止腔(3)。本发明专利技术要点在于从动力段获取稳定直线型气流后，引导气流沿导流板(4)表面流通形成弧形流动轨迹，滞止腔(3)保证气流不在导流板(4)上方分离扩散，保证弧形气流稳定性。进风段(1)与滞止腔(3)用直角连接保证初始气流不分层发散；出风段(2)与滞止腔(3)用圆角连接减小尾部气流碰壁散射；导流板(4)与下壁面嵌入粘接保证壁面平整，提高弧形气流稳定性。更换不同尺寸导流板(4)可获得不同弧度气流。本发明专利技术可为旋转装置的空气动力学及其相关研究提供基础。动力学及其相关研究提供基础。动力学及其相关研究提供基础。

【技术实现步骤摘要】
可产生稳定弧形气流的风洞


[0001]本专利技术涉及风洞试验装置，具体涉及一种可产生稳定弧形气流的风洞。

技术介绍

[0002]风洞是一种通过人工方式产生稳定气流并对其进行可控操作的试验平台，一般用于模拟飞行器在空气中高速飞行或者静止物体在强风下，目标物周围空气流动及其运动的状态。从风洞的结构来说，风洞平台通常包括动力段、扩散段、稳定段、收缩段、试验段以及排气段这几个部分。动力段通常由大型通风机旋转吸入或吸出空气形成气流；扩散段、稳定段和收缩段的作用是稳定动力段产生的气流，减小气流的紊流度，使其接近层流；试验段位于后方，实验人员在此布置需要的试验对象和观测装置；最终气流由排气段排出，如果是回流式风洞，排气段与动力段直接相连。
[0003]对于风洞试验来说，试验段是最重要的部分，在此处高速气流与试验目标产生相对运动，产生不同的运动状态。不同的试验段结构可形成不同的气流状态，包括气流的速度、截面及其变化情况。
[0004]为了实现碳达峰、碳中和的目标，全世界都在快速发展风力发电。为了提高风能利用效率，风机单机容量增大，其高度不断增加，兆瓦级风机叶尖最大离地高度已超过了200m，叶片长度超过50m。当叶片以额定转速旋转发电时，叶尖最大线速度可达100m/s。在叶片转动情况下，叶尖与周围空气以圆周的轨迹发生相对运动，若以叶片为参考物，则叶尖附近气流为弧形。
[0005]类似的，几乎所有包含旋转元件的装置都会涉及目标物与空气之间的圆周轨迹运动，对于目前风洞中的气流来说，一般只控制其速度大小变化，而速度的方向往往保持不变，即产生的气流为直线型，此类风洞的试验段一般为规则的长方体或圆柱体，这种情况下可以很好的模拟飞行器在空气中高速飞行或者静止目标物在强风下的状态，满足目前大部分研究的需求。
[0006]如果需要模拟旋转风机叶片等装置的空气动力学及与其相关的电学、热力学等变化情况，设计一种可产生稳定弧形气流的风洞试验平台十分重要。通常来说风洞试验平台的动力段、扩散段、稳定段、收缩段等结果的作用是保证在试验段的进口处的气流是稳定的层流，因此产生弧形气流的关键在于试验段的设计。
[0007]如果只是简单将试验段设计为圆弧形管状结构，即使在试验段进口处的气流十分稳定，在进入圆弧型试验段后，由于圆弧上下部分弧长不等，因此不同位置的气流速度必然是不同的，极易产生较大的湍流涡旋，不能满足稳定性要求。此外，要加工出圆弧形结构的试验段对材料和工艺的要求也很高。因此设计一种易于制作且能稳定产生弧形气流的试验段结构，对模拟旋转风机叶片等旋转结构的旋转，研究叶尖气流状态及其对叶尖雷击接闪、发热、受力等的影响十分重要。

技术实现思路

[0008]针对高速旋转目标物放电过程，本专利技术提供一种高速旋转物放电过程多参量同步观测平台及试验方法，实现对高速旋转目标物放电的静态观测，能够还原高速旋转风机叶片雷击放电的物理过程。
[0009]根据本专利技术实施例的一方面，提供一种可产生稳定弧形气流的风洞，所述风洞试验段下壁面设置有引导气流流动的弧形导流板，所述试验段的进风段和出风段之间的部分向上延伸形成突出的滞止腔以引导在所述导流板表面分离的气流形成环流。
[0010]在一些示例中，所述进风段、所述出风段与所述滞止腔连接处分别采用直角和圆角处理。
[0011]在一些示例中，所述导流板与所述进风段、所述出风段和所述滞止腔等宽以占据全部气流通道位置。
[0012]在一些示例中，所述导流板弧形面与水平面连接处采用圆角设计。
[0013]在一些示例中，所述试验段下壁面具有放置所述导流板的凹槽，所述导流板放置在所述凹槽内后其水平面与所述试验段下壁面平齐。
[0014]在一些示例中，所述导流板粘接在所述凹槽内。
[0015]在一些示例中，所述导流板圆角半径R2与所述滞止腔和所述出风段连接处的圆角半径R1的比值在1.8
‑
2.2之间。
[0016]在一些示例中，所述导流板高度H与所述进风段高度H1的比值在1
‑
2之间。
[0017]在一些示例中，所述滞止腔高度H2与所述进风段高度H1的比值应大于5。
[0018]在一些示例中，所述导流板采用环氧树脂材料制作。
[0019]目前大多数风洞仅能产生直线型的气流，本专利技术提出的带有导流板和滞止腔的风洞试验段结构，能够产生稳定的弧形气流，可用于模拟旋转风机叶片等有旋转元件的装置的空气动力学及其衍生的学科研究，为研究气流速度不断改变的气体动力学提供了试验基础。
[0020]通过对各部分结构参数的合理设置，本专利技术提出的风洞试验段可在导流板表面5
‑
8cm厚度中形成稳定的弧形气流，气流弧形角度与导流板表面弯曲度相同；同时由于滞止腔的存在，导流板稳定气流上部区域内存在低速环流，环流速度远小于弧形气流速度，对试验结果影响极小。
[0021]试验对象布置在导流板内部的空腔，同时可在导流板上开孔，将试验对象从空腔中伸出导流板表面，增加试验布置的便捷性。
[0022]通过设计导流板内部的空腔结构，大大增加了试验对象布置的空间范围，同时可在导流板上开孔，将试验对象从空腔中伸出导流板表面，用以研究试品在弧形气流下的空气动力学。
[0023]导流板与试验段下壁面采用聚胺酯胶粘连，后期可根据不同需要更换不同弯曲程度的导流板，获取不同弧度的弧形气流。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0025]图1是本专利技术风洞试验段整体结构图。
[0026]图2是试验段各个关键部位的布置示意图。
[0027]图3是试验段剖面图中导流板内部结构与固定位置示意图。
[0028]图4是试验段结构尺寸标注图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提出了一种可产生稳定弧形气流的风洞试验段，可实现产生稳定、速度可控的弧形气流。常规风洞平台一般包括动力段、扩散段、稳定段、收缩段、试验段、排气段，如图1所示，本专利技术试验段下壁面设置有引导气流流动的弧形导流板4，试验段的进风段1和出风段2之间的部分向上延伸形成突出的滞止腔3，滞止腔3用于引导在导流板4表面分离的气流形成环流，不干扰导流板4表面稳定弧形气流。本专利技术试验段在接入收缩段之后，进风段1获得来自稳流后的稳定直线气流。该稳定直线气流沿着进风段1稳定向前流动，当稳定气流遇到弧形导流板4时，由于导流板4的阻挡，气流沿着导流板4表面开始弧形运动，此时初步形成弧形气流。随着气流进一步沿着导流板4表面运动至导流板4最高点，稳定气流在此分离：部分气流随着惯性脱离导流板4，以一个小角度向上运动，随着与滞止腔3壁面发生碰撞，并随着壁面向上运动，由于滞止腔3上端是封闭状态，因此此部分气流会在滞止腔3内环流一周后再次回到导流板处；另一部分气流继续随着导流板4表面运动，直至离开出风段2。随着进风段1不断有空气流流入，由于滞止腔3内部是封闭状态，其内的环流速度逐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可产生稳定弧形气流的风洞，其特征在于，所述风洞试验段下壁面设置有引导气流流动的弧形导流板，所述试验段的进风段和出风段之间的部分向上延伸形成突出的滞止腔以引导在所述导流板表面分离的气流形成环流。2.根据权利要求1所述的可产生稳定弧形气流的风洞，其特征在于，所述进风段、所述出风段与所述滞止腔连接处分别采用直角和圆角处理。3.根据权利要求1所述的可产生稳定弧形气流的风洞，其特征在于，所述导流板与所述进风段、所述出风段和所述滞止腔等宽以占据全部气流通道位置。4.根据权利要求1所述的可产生稳定弧形气流的风洞，其特征在于，所述导流板弧形面与水平面连接处采用圆角设计。5.根据权利要求4所述的可产生稳定弧形气流的风洞，其特征在于，所述试验段下壁面具有放置所述导流板的凹槽，所述导流板放置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓冶强，吴强，王羽，陈小月，文习山，蓝磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：