[发明专利]一种用拉法尔管均匀风洞风场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气动力技术，尤其涉及一种用拉法尔管均匀风洞风场的方法。

背景技术

当今这个高速发展的社会，科学技术作为第一生产力越来越受重视，日新月异的各项技术都有了全面高速的发展。而空气动力学作为一门与人类息息相关的学科，其研究对试验指导具有非常重大的意义。要进行空气动力学的研究，就需要用风洞平台模拟大气环境，风洞作为空气动力学实验的一项基本设备，为空气动力学的研究试验提供所需的流场，是近代科学技术，尤其是气动力学、流体力学飞速发展的产物，风洞的诞生使大量气动实验得以顺利完成。现代人们用先进科技手段研制的各类风洞在航空航天、火箭导弹、环境污染、汽车工业、教学实验、建筑桥梁等诸多领域得到了广泛的运用。

为了满足科学领域研制的需求，尺寸不同、类型各异的风洞开始在世界各国大规模建设。风洞实验的主要任务就是正确模拟气流流过实物的流态并提供精确的实验数据，为进一步改进设计方案以及改善被测物体的空气动力学特性提供可靠的依据。所有风洞试验都要求风洞提供的流场品质良好，主要指气流参数在时间和空间上的均匀程度能达到实验要求。风洞的气流特性是评价实验风洞质量的重要指标,气流特性包括风速均匀性及稳定性,风洞实验段流场速度均匀性良好是保证气动实验正确的先决条件,其性能的好坏能够影响实验结果的可靠程度,直接关系到空气动力学研究的成败。

传统的风洞普遍采用扩散段、稳定段、过渡段、收缩段和拐角等设计模式，通过改变收缩段的长度和收缩比来实现气流的均匀控制，如国外的维也纳的铁路气候风洞、航天空气动力技术研究院的微型飞行器研究用极低速风洞、上海大学低湍流度低速风洞、同济大学的桥梁风洞等。上述风洞在湍流度、雷诺数、功率因数等性能指标上得到了很大程度的提高,但在流场的均匀性方面只能做近似评估，再根据技术需要做一定经验性的修正，缺少一套可靠、易行的控制方法。而实验风洞速度场良好的均匀性稳定性，能够保证在实验过程中实验条件保持一致，确保实验数据的正确性，从而大大减小实验工作量。所以，一套系统、可靠的控制方法对实验的成功有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于为了改善风洞内的气流特性，以便更好地对实验进行改进以满足技术需求，提供一种用拉法尔管均匀风洞风场的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用拉法尔管均匀风洞风场的方法，包括如下步骤：

（1）将网格的边界层的厚度δ均分为n+1等分，并且将风洞横截面进行边长为a的网格划分，同时依据边界层厚度δ确定边界层网格与非边界层网格，使用风速仪测出每一个网格中心点的风速v_ij；

（2）将包围非边界层的网格确定为第一风速圈，包围第一风速圈为第二风速圈，依次类推得包围第k-1风速圈的为第k风速圈；

（3）设第k风速圈的平均风速为从而有

（4）设计拉法尔管，拉法尔管包括稳定段L₀、收缩段L₁、喉部D_cr、扩张段L₂；

喉部的直径D_cr设计：将风洞内的主流速度定为基准速度U，在低风速下，有第k风速圈的拉法尔管的喉部直径D_crk，其中

稳定段设计：第k风速圈的稳定段L_ok=10×D_cr；

收缩段和扩张段角度设计：收缩段的锥顶角在30°～60°之间，扩张段的锥顶角采用4°～6°；在低风速下，取收缩段α=30°，扩张段β=5°；

收缩段和扩张段长度设计：收缩段和扩张段的长度计算公式：

L₁=（D₀-D_cr）/2×ctg（α/2）

L₂=（D₂-D_cr）/2×ctg（β/2）

a=D₀；D2=1.7*π*14*Dcrk2]]>