專利名稱：一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣動カ技木，尤其涉及一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今這個高速發(fā)展的社會，科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)カ越來越受重視，日新月異的各項技術(shù)都有了全面高速的發(fā)展。而空氣動力學(xué)作為ー門與人類息息相關(guān)的學(xué)科，其研究對試驗指導(dǎo)具有非常重大的意義。要進行空氣動力學(xué)的研究，就需要用風(fēng)洞平臺模擬大氣環(huán)境，風(fēng)洞作為空氣動力學(xué)實驗的ー項基本設(shè)備，為空氣動力學(xué)的研究試驗提供所需的流場，是近代科學(xué)技術(shù)，尤其是氣動力學(xué)、流體力學(xué)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，風(fēng)洞的誕生使大量氣動實驗得以順利完成?，F(xiàn)代人們用先進科技手段研制的各類風(fēng)洞在航空航天、火箭導(dǎo)彈、環(huán)境污染、汽車エ業(yè)、教學(xué)實驗、建筑橋梁等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的運用。為了滿足科學(xué)領(lǐng)域研制的需求，尺寸不同、類型各異的風(fēng)洞開始在世界各國大規(guī)模建設(shè)。風(fēng)洞實驗的主要任務(wù)就是正確模擬氣流流過實物的流態(tài)并提供精確的實驗數(shù)據(jù)，為進ー步改進設(shè)計方案以及改善被測物體的空氣動力學(xué)特性提供可靠的依據(jù)。所有風(fēng)洞試驗都要求風(fēng)洞提供的流場品質(zhì)良好，主要指氣流參數(shù)在時間和空間上的均勻程度能達到實驗要求。風(fēng)洞的氣流特性是評價實驗風(fēng)洞質(zhì)量的重要指標(biāo)，氣流特性包括風(fēng)速均勻性及穩(wěn)定性，風(fēng)洞實驗段流場速度均勻性良好是保證氣動實驗正確的先決條件，其性能的好壞能夠影響實驗結(jié)果的可靠程度，直接關(guān)系到空氣動力學(xué)研究的成敗。傳統(tǒng)的風(fēng)洞普遍采用擴散段、穩(wěn)定段、過渡段、收縮段和拐角等設(shè)計模式，通過改變收縮段的長度和收縮比來實現(xiàn)氣流的均勻控制，如國外的維也納的鉄路氣候風(fēng)洞、航天空氣動カ技術(shù)研究院的微型飛行器研究用極低速風(fēng)洞、上海大學(xué)低湍流度低速風(fēng)洞、同濟大學(xué)的橋梁風(fēng)洞等。上述風(fēng)洞在湍流度、雷諾數(shù)、功率因數(shù)等性能指標(biāo)上得到了很大程度的提高，但在流場的均勻性方面只能做近似評估，再根據(jù)技術(shù)需要做一定經(jīng)驗性的修正，缺少ー套可靠、易行的控制方法。而實驗風(fēng)洞速度場良好的均勻性穩(wěn)定性，能夠保證在實驗過程中實驗條件保持一致，確保實驗數(shù)據(jù)的正確性，從而大大減小實驗工作量。所以，ー套系統(tǒng)、可靠的控制方法對實驗的成功有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了改善風(fēng)洞內(nèi)的氣流特性，以便更好地對實驗進行改進以滿足技術(shù)需求，提供一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法，包括如下步驟(I)將網(wǎng)格的邊界層的厚度5均分為n+l等分，并且將風(fēng)洞橫截面進行邊長為a的網(wǎng)格劃分，同時依據(jù)邊界層厚度S確定邊界層網(wǎng)格與非邊界層網(wǎng)格，使用風(fēng)速儀測出每一個網(wǎng)格中心點的風(fēng)速Vu ；(2)將包圍非邊界層的網(wǎng)格確定為第一風(fēng)速圈，包圍第一風(fēng)速圈為第二風(fēng)速圈，依次類推得包圍第k-1風(fēng)速圈的為第k風(fēng)速圈；(3)設(shè)第k風(fēng)速圈的平均風(fēng)速為；I，從而有‘=第k風(fēng)速圈上所有網(wǎng)格的風(fēng)速之和/第k風(fēng)速圈上的網(wǎng)格數(shù)；(4)設(shè)計拉法爾管，拉法爾管包括穩(wěn)定段U、收縮段L1、喉部Dra、擴張段L2 ；喉部的直徑Dra設(shè)計將風(fēng)洞內(nèi)的主流速度定為基準(zhǔn)速度U，在低風(fēng)速下，有第k風(fēng)
速圈的拉法爾管的喉部直徑Drak,其中/^* =2*〗ゲ* 7)/レ*ひ)穩(wěn)定段設(shè)計第k風(fēng)速圈的穩(wěn)定段Ltjk=IOXDra ；收縮段和擴張段角度設(shè)計收縮段的錐頂角在30° 60°之間，擴張段的錐頂角采用4° 6° ;在低風(fēng)速下，取收縮段a =30°，擴張段￠=5° ; 收縮段和擴張段長度設(shè)計收縮段和擴張段的長度計算公式L1= (D0-Dcr)/2Xctg ( a/2)L2= (D2-Dcr)/2Xctg ( ￠/2)a=Dn ；D2 =1.7* -*-* Derk
4其中，DO為拉法爾管的入口直徑，D2為拉法爾管的出ロ直徑；收縮比在低風(fēng)速下，拉法爾管的穩(wěn)定段和收縮段相當(dāng)于普通的收縮噴管，所以計算收縮比C=a/Dcr，若C>=4則該網(wǎng)格不裝收縮噴管；喉部設(shè)計拉法爾管的噴管流道斷面形狀為圓形，同時對于收縮段和擴張段均采用錐形噴管，喉部曲率半徑等于或大于喉部半徑Dcr ；(5)按以上步驟設(shè)計好每個風(fēng)速圈所需的拉法爾管的各項參數(shù)，將拉法爾管安裝在相應(yīng)的網(wǎng)格內(nèi)，安裝時，各風(fēng)速圈的拉法爾管的穩(wěn)定段入口處于同一平面。所述步驟(I)中n= [ 5 /v], [ 6 /v]表示不超過6 /v的最大整數(shù)，a= 6 / (n+1)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點及效果在于故為了改善風(fēng)洞內(nèi)的氣流特性，以便更好地對實驗進行改進以滿足技術(shù)需求,本發(fā)明提出了一種以風(fēng)速均勻性、穩(wěn)定性為指標(biāo)，通過在風(fēng)洞內(nèi)劃分不同的風(fēng)速區(qū)，并根據(jù)不同風(fēng)速區(qū)的風(fēng)速配以不同規(guī)格的拉法爾管的方法，使出口處氣流風(fēng)速基本一致且擴散均勻，從而達到高效控制風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)場均勻性的目的。本方法簡單快捷，建設(shè)成本低，創(chuàng)新性強，能有效提聞風(fēng)洞實驗結(jié)果的精確性，為今后相關(guān)風(fēng)洞實驗精確性提供重要的參考和依據(jù)。


圖I為本發(fā)明風(fēng)洞橫截面處網(wǎng)格的劃分圖；圖2為本發(fā)明拉法爾管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為錐形噴管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4風(fēng)洞內(nèi)拉法爾管的排布示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進ー步具體詳細(xì)描述。實施例
如圖I所示，在實驗段前取風(fēng)洞11的ー個截面，在此截面處按照邊界I的厚度S依次將邊界層I均分為n+1段。然后將整個風(fēng)洞11截面劃分為大小相同的正方形連續(xù)網(wǎng)格，其中網(wǎng)格的邊長為a= S / (n+1)。如圖2所示，根據(jù)離邊界層I相同距離處風(fēng)速相同且不同規(guī)格的拉法爾管2對風(fēng)速有不同程度的加速作用，可分別設(shè)計與網(wǎng)格大小相同的進風(fēng)ロ而其他參數(shù)不同的拉法爾管。非邊界層不加拉法爾管，收縮比大于或等于4的地方也不加拉法爾管這樣就可以使風(fēng)通過拉法爾管后的風(fēng)速都達到主流速度V達到均勻風(fēng)洞11風(fēng)場的目的。以下結(jié)合圖I 圖4具體說明，本發(fā)明用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法步驟
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(I)將網(wǎng)格的邊界層I的厚度S均分為n+1等分，并且將風(fēng)洞11橫截面進行邊長為a的網(wǎng)格劃分，同時依據(jù)邊界層I厚度8確定邊界層網(wǎng)格與非邊界層網(wǎng)格，使用風(fēng)速儀測出姆一個網(wǎng)格中心點的風(fēng)速Vij ；n=[ 8 /v], [ 6 /v]表示不超過S /v的最大整數(shù)，a= 8 /(n+1)；(2)將緊密包圍非邊界層的網(wǎng)格確定為第一風(fēng)速圈1-1，包圍第一風(fēng)速圈1-1的為第二風(fēng)速圈1-2，依次類推得包圍第k-1風(fēng)速圈的為第k風(fēng)速圈；(3)設(shè)第k風(fēng)速圈的平均風(fēng)速力u從而有‘=第k風(fēng)速圈上所有網(wǎng)格的風(fēng)速之和/第k風(fēng)速圈上的網(wǎng)格數(shù)；(4)拉法爾管的設(shè)計圖如圖2所示，拉法爾管2包括穩(wěn)定段2-1 (L。)、收縮段2_2(L1X喉部 2-3 (Der)、擴張段 2-4 (L2)；喉部2-3的直徑D。,設(shè)計將風(fēng)洞11內(nèi)的主流速度定為基準(zhǔn)速度U，在低風(fēng)速下，有第k風(fēng)速圈的拉法爾管2的喉部2-3直徑Drak，其中Da* ニ 2 * 'I (a2 * W2)/(jt* び)穩(wěn)定段2-1設(shè)計第k風(fēng)速圈的穩(wěn)定段Ltjk=IOXDra ；收縮段2-2和擴張段2-4角度設(shè)計收縮段2_2的錐頂角在30° 60°之間，擴張段2-4的錐頂角采用4° 6° ;在低風(fēng)速下，取收縮段2-2 a =30°，擴張段2-4 0=5°。收縮段2-2和擴張段2-4長度設(shè)計收縮段2_2和擴張段2_4的長度計算公式L1 = (D0-Dcr) /2 X ctg ( a /2)L2= (D2-Dcr) /2X ctg (￠/2)a=D。；D〕— 1.7^Dcrkr
4其中，DO為拉法爾管2的入口直徑，D2為拉法爾管2的出ロ直徑；收縮比在低風(fēng)速下，拉法爾管2的穩(wěn)定段2-1和收縮段2-2相當(dāng)于普通的收縮噴管，所以當(dāng)計算收縮比C=a/Dcr，若C>=4則該網(wǎng)格可不裝收縮噴管；喉部2-3設(shè)計拉法爾管2的噴管流道斷面形狀為圓形，同時對于收縮段2-2和擴張段2-4也可采用如圖3所示的錐形噴管3。另外，喉部2-3曲率半徑等于或大于喉部2-3半徑Dcr ；(5)風(fēng)洞11中拉法爾管的排布方式如圖4。首先按以上步驟設(shè)計好每個風(fēng)速圈所需的拉法爾管的各項參數(shù)，將拉法爾管安裝在相應(yīng)的網(wǎng)格內(nèi)，安裝時，各風(fēng)速圈的拉法爾管2的穩(wěn)定段2-1入口處于同一平面。
如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例 的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將網(wǎng)格的邊界層的厚度8均分為n+1等分，并且將風(fēng)洞橫截面進行邊長為a的網(wǎng)格劃分，同時依據(jù)邊界層厚度S確定邊界層網(wǎng)格與非邊界層網(wǎng)格，使用風(fēng)速儀測出每ー個網(wǎng)格中心點的風(fēng)速vu ； (2)將包圍非邊界層的網(wǎng)格確定為第一風(fēng)速圈，包圍第一風(fēng)速圈為第二風(fēng)速圈，依次類推得包圍第k-1風(fēng)速圈的為第k風(fēng)速圈； (3)設(shè)第k風(fēng)速圈的平均風(fēng)速為5，從而有G=第k風(fēng)速圈上所有網(wǎng)格的風(fēng)速之和/第k風(fēng)速圈上的網(wǎng)格數(shù)； (4)設(shè)計拉法爾管，拉法爾管包括穩(wěn)定段U、收縮段L1、喉部Dra、擴張段L2； 喉部的直徑Dra設(shè)計將風(fēng)洞內(nèi)的主流速度定為基準(zhǔn)速度U，在低風(fēng)速下，有第k風(fēng)速圈的拉法爾管的喉部直徑Drak,其中= 2 * * W7) /(^*U) 穩(wěn)定段設(shè)計第k風(fēng)速圈的穩(wěn)定段Ltjk=IOXDra ； 收縮段和擴張段角度設(shè)計收縮段的錐頂角在30° 60°之間，擴張段的錐頂角采用4° 6° ;在低風(fēng)速下，取收縮段a =30°，擴張段￠=5° ; 收縮段和擴張段長度設(shè)計收縮段和擴張段的長度計算公式L1 =(D0-Dcr)/2 X ctg ( a/2)L2= (D2-Dcr)/2Xctg ( ￠/2) a=Dn ；^2 ~1.7 *Tt *_*Dcrk' 4 其中，DO為拉法爾管的入口直徑，D2為拉法爾管出ロ直徑； 收縮比在低風(fēng)速下，拉法爾管的穩(wěn)定段和收縮段相當(dāng)于普通的收縮噴管； 喉部設(shè)計拉法爾管的噴管流道斷面形狀為圓形，同時對于收縮段和擴張段均采用錐形噴管，喉部曲率半徑等于或大于喉部半徑Dcr ； (5)按以上步驟設(shè)計好每個風(fēng)速圈所需的拉法爾管的各項參數(shù)，將拉法爾管安裝在相應(yīng)的網(wǎng)格內(nèi)，安裝時，各風(fēng)速圈的拉法爾管的穩(wěn)定段入口處于同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法，其特征在于，所述步驟(I)中n=[ 8 /v], [ 6 /v]表示不超過6 /y的最大整數(shù)，a= 8 / (n+1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用拉法爾管均勻風(fēng)洞風(fēng)場的方法，包括如下步驟(1)將網(wǎng)格的邊界層的厚度δ均分為n+1等分，并且將風(fēng)洞橫截面進行邊長為a的網(wǎng)格劃分，同時依據(jù)邊界層厚度δ確定邊界層網(wǎng)格與非邊界層網(wǎng)格，使用風(fēng)速儀測出每一個網(wǎng)格中心點的風(fēng)速vij；(2)將包圍非邊界層的網(wǎng)格確定為第一風(fēng)速圈，包圍第一風(fēng)速圈為第二風(fēng)速圈，依次類推得包圍第k-1風(fēng)速圈的為第k風(fēng)速圈；(3)設(shè)第k風(fēng)速圈的平均風(fēng)速為從而有(4)將設(shè)計好的拉法爾管安裝在相應(yīng)的網(wǎng)格內(nèi)。本方法簡單快捷，建設(shè)成本低，創(chuàng)新性強，能有效提高風(fēng)洞實驗結(jié)果的精確性，為今后相關(guān)風(fēng)洞實驗精確性提供重要的參考和依據(jù)。
文檔編號G01M9/04GK102840960SQ201210314310
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者陳冠宇, 王澤信, 劉剛, 李恒真, 洪良, 郭思華, 郭昌軍 申請人:華南理工大學(xué)