低速风洞课程设计-工程流体力学课程设计

2015/2016学年第一学期低速风洞设计课程名称：工程流体力学课程设计班级：新能源1312小组成员：指导教师：目录一课程设计目的3二．完成设计任务条件3三、完成的任务3四、具体设计34.1实验段44.2收缩段54.3稳定段64.4扩压段74.5其他部件设计10五．能量比11六．需用功率15七．心得体会15八．参考文献16一、课程设计目的综合运用在流体力学实验技术和其它课程中所学习的知识，完成简化了的低速风洞气动特性设计项目，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。二、完成设计任务的条件（1）风洞试验段要求：闭口（2）实验段进口截面形状：矩形（3）实验段进口截面尺寸：2.5mX3.0m（4）试验段进口截面最大风速：100m/s（5）收缩段的收缩比：7三、完成的任务（1）低速风洞设计图纸绘制（2）设计说明书：我们组设计的是小型低速风洞（3）风洞设计、研制与实验技术研究方面的综述报告四、具体设计

4.1实验段为了使模型处于实验段的均匀流场之中，模型头部至实验段入口应保持一定的距离，以表示。的大小视实验段入口流场的均匀程度而定。如实验段直径为，则大致为0.25~0.50。因为后面我们会采用较多层的紊流网，故此处不用取得太大，选择。模型的长度为表示，大约在0.75~1.25之间，各类飞机的模型是不相同的。为了使风洞尽量满足一洞多用，取足够长选择。模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以表示，一方面是保证模型的尾流不过多影响扩压段的工作效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部。这个距离大约为0.75~1.25。选择，满足统计数据中，主要实验低速飞机的情况。其中为水力直径。且S为矩形的面积,C为矩形的周长。由于本组的风洞实验段截面为矩形形状，而对于矩形实验段，可以采用的一种解决附面层影响的方法就是沿轴线逐渐减小切面的截角。此处我们参考NH-2风洞模型。这样做使位流截面保持不变，可以消除纵向静压梯度。4.2收缩段任务要求收缩比为7（即进口面积与出口面积之比）收缩段长度一般可采用进口直径的0.5~1.0倍。因为收缩比越大，长度与进口直径的比值越小。这样能减短扩压段长度，减少资金耗费。因为收缩比为7较大，选择收缩段长度为0.6倍进口直径收缩段的在接近出口部分曲线应该比较平缓，以利于稳定气流。进口处的曲线应与稳定段保持连续。因为任务要求为矩形，选择在收缩段四角做成圆弧，防止气流分离。其收缩曲线方程如下：公式中的a=中收缩段的长度L。稳定段对于小收缩比的风洞，如收缩比小于5，稳定段长度为直径的1.0~1.5倍；对于大收缩比风洞，如收缩比大于5，则长度为直径的0.5~1.0倍。稳定段长度引起的损失只占风洞总损失很小的一部分，所以经常使稳定段长度长一些，用以协调动力段和回流段的长度要求。又因为目前收缩比较大的风洞一般为7~10，参考大收缩比风洞稳定段长度，综合选定其长度为直径的0.8倍。蜂窝器的选择：蜂窝器由许多方形、圆形或六角形的等截面小管道并列组成，形状如同蜂窝，故名蜂窝器蜂窝器的作用在于导直气流，使其平行于风洞轴线，把气流中的大尺寸漩涡分割成小尺寸涡，因而有利于加快漩涡的衰减。方形格子加工方便，最为常见，故设计中选用方形格子。。、分别为蜂窝器的蜂窝长度和口径。长度越大，整流效果越好，但损失增加。值越小，蜂窝器对降低紊流度的效果越显著。这里选择。因为风洞不小，所以尽量使长一些，同时又要兼顾不能使得过大，所以取、。当时，圆形蜂窝格子的损失系数为0.30；方形蜂窝格子的损失系数为0.22；六角形蜂窝格子的损失系数为0.20.可见虽然六角形蜂窝格子最好，但施工较为复杂。因方形蜂窝格子与其损失系数相近而又加工方便，选用方形格子。紊流网的选择：纱网作用是降低气流的紊流度，故又名紊流网，它同蜂窝器均可以将较大漩涡分割成小漩涡，以利于衰减；还可以使气流速度分布更趋均匀紊流网的设计主要包括网的层数和网的粗细选择。网越细，层数越多，整流效果越好。设计中，最常用的网的层数为2~3层；粗细最常用为24~30目/英寸。我们选用4网，30目/英寸，两层网间距25cm4.4扩压段入口面积，出口面积。综合考虑整个风洞的设计长度，取。因为设计任务为中型风洞，在0.006左右。在的情况下，其最佳扩散角为，但从综合角度考虑，这个幅值小一些，宜采用左右。所以我们取因为实验段为矩形截面，而我们设计的扩压段及后面的拐角1、2和回流段都为圆形的。所以这里，我们需要采用一个过渡段，使矩形截面过渡为圆形。通过和我们可以求得扩压段的长度，因为采用过渡段，其长度要能使其能够加工，也不能过长，所以选择为6米，扩压段有部分包含在过渡段中。回流段：我们设计的在风扇系统后至第三拐角的回流段仍采用扩张管道，因而也为扩压段。采用扩压段的原因为：一是为了继续把动能转变为压力能，减小气流损失，尤其是经过拐角和整流装置的损失；二是增加管道面积，以得到比较大的收缩比。回流段的平均速度已经比较低了，因而损失不会大，为了缩短风洞的总长度采用较大的扩散角，。与扩压段相同，回流段中还需要设置一个过渡段让圆形截面再过渡到矩形截面，这里其长度取为8米。拐角及导流片：气流经过拐角时很容易发生分离，出现很多旋窝，因而使流动不均匀或发生脉动。因而在拐角处设置拐角导流片，防止分离和改善流动。这里，为单回流风洞，在拐角处每排导流片数量一般为10~20个，但为了使导流效果明显，选择24个导流片增强效果。导流片的弦长为，间距为。参考《低速风洞设计》表2-2各种导流片的性能，采用最佳间距比，其损失系数为0.11，并采用翼剖面型。虽然翼剖面型加工困难，但强度好。同时这种导流片有一定厚度，内部可以通过冷却液，大中型风洞拐角处一般都采用翼剖面型。拐角处圆弧半径按来计算，另外导流片的弦长取，同时由于，可以求得为24个导流片。因为此次设计的为低速风洞，拐角1、2和拐角3、4的风速都比较小，虽然损失系数随导流片增多而增加，也不会太大。所以不需要取拐角1、2的导流片布置的比拐角3、4的稀。4.5其他部件设计调压孔/调压缝为了使实验段的静压等于风洞外的环境压力，常在实验段与扩压段之间开一个调压缝，或在扩压段进口处开一排调压孔。这里我们采用调压缝，其宽度约为实验段直径的5%上下。并且，设计成可调节形式，风洞建成后通过实验调整再确定。风扇设计在风洞管道中，风扇系统应位于流速比较高而且流动又比较均匀的部位。我们设计的为回路风洞，将风扇安装在第二拐角之后。因为，此处直径不是很大，因而流速比较高。同时，因为经过了第二个拐角导流片，所以气流也比较均匀。还能满足有足够的长度来安装风扇整流系统。风扇管道长度因尾罩具有相当的长度而一般比较长，其长度一般为直径的2.5倍或者更长一些。我们这里选择 五．能量比能量比定义为：实验段气流的动能流率（即单位时间通过的动能）与通过动力系统输入风洞的功率之比。注明：在求雷诺数时，采用公式，其中实验段损失：对实验段来说，损失系数就是当量损失系数。因而有，其中为水力直径。可以求得实验段的雷诺数此时，雷诺数比较小，因而附面层比较厚，实验段可以认为是光滑管，摩擦损失系数仅与雷诺数有关，而与粗糙度无关。通过公式求得：所以，可以求得扩压段损失：气流经过扩压段的损失公式为：由于损失系数K的参考动压为扩压段入口的值，即为实验段动压，所以有其中根据扩压段中间剖面上的雷诺数求得。扩压段中间剖面的速度为：所以进而求得回流段损失：回流段也有扩散角，实际上也是一个扩压段，所以其损失系数的计算公式为：拐角损失：因为这里设计的风洞并非大型风洞，采用经验公式近似计算，公式为：，其中为拐角时风洞截面积二拐角速度为所以四拐角速度为所以蜂窝器损失：因为我们选用的蜂窝器长径比为，所以对应的方形蜂窝格子的损失系数。其当量损失系数：，其中为稳定段截面所以紊流网损失：我们可以求得稳定段的速度：因为其速度大于9米/秒，气流流经紊流网的损失可以按计算，其中这里为了让整流效果较好，采用了4层紊流网，所以其损失系数较大收缩段损失：由于任务中只给出收缩段的收缩比为7，并没有给定其他数据。参考《低速风洞设计》表2-4典型风洞各部件损失及能量比。我们预估其收缩段的损失系数总损失：所以风洞能量比六．需用功率风洞所需功率：根据设计书要求：电机效率、机械效率、风扇效率，所以七．心得体会 低速风洞的设计充满了挑战与学习，小组通过最初的讨论及确定方向一起努力合作，克服每一个困难，分配相关任务做到每人都能参与并贡献自己的力量，在做的过程中发现平时所学需要灵活运用，而且巩固了所学的知识，在这过程中发现各个部分的设计需要仔细揣摩把握有些难度，公式也难理解并准确运用，但通过我们不畏困难的精神还是努力克服了。 真正学到可以受用一生的知识，也深刻体会到一个人的力量是有限的，团结才是力量，齐心协力才能发做好事，同时非常感谢老师的悉心指导与帮助。八．参考文献《风洞设计原理》、《低速风洞实验》：查找风洞实验技术相关文献资料。百度相关资源基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现HYPERLINK"/de