[发明专利]一种回流式变频调速多风扇阵列风洞及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，尤其涉及一种回流式变频调速多风扇阵列风洞及其试验方法。

背景技术

随着科学技术的发展，风洞试验已广泛应用于航空航天、建筑、能源等领域。目前，较为先进的风场模拟技术是基于多风扇阵列风洞的主动模拟技术。多风扇主动控制风洞设计思想来源于Teunissen的多射流风洞（Multiple-jet wind tunnel），它由8×8个射流管阵列组成，每个射流管内径约6.2mm，射流速度分别由阀门控制，试验断面仅有0.2m×0.2m×2.86m。Teunissen结合对试验段地面粗糙度的控制，模拟了湍流度大于10%、积分尺度超过l m的湍流边界层流场。与Teunissen的多射流风洞相比，多风扇主动控制风洞的模拟效果更佳。日本Miyazaki大学的多风扇主动控制风洞由11×9个风扇构成，试验段尺寸15.5m(L)×2.6m(W)×1.8m(H)，最大风速15m/s；美国佛罗里达的多风扇主动控制风洞（IBHS Research Center）由15×7个风扇构成，试验段尺寸44.2m(L)×44.2m(W)×18.3m(H)，最大风速58m/s；同济大学的多风扇主动控制风洞（TJ-5）由12×10个风扇构成，试验段尺寸10m(L)×1.5m(W)×1.8m(H)，最大风速18m/s。上述的多风扇主动控制风洞均采用直流式单试验段结构，主要存在能量损失大和应用领域受限等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种回流式变频调速多风扇阵列风洞及其试验方法，以解决能量损失大和应用领域受限等问题，为科学研究及防风减灾提供理论依据和指导。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种回流式变频调速多风扇阵列风洞，风洞整体呈回字型，包括依次连接的多风扇动力段（1）、第一试验段（2）、第一拐角（3）、第一回流段（4）、第二拐角（5）、稳定段（6）、收缩段（7）、第二试验段（8）、第一扩散段（9）、第三拐角（10）、第二扩散段（11）、第四拐角（12）和第二回流段（13）。

进一步地，多风扇动力段（1）包括呈M行N列排布的单风扇段（14）；所述单风扇段（14）由依次连接的集气段（14-1）、单风扇动力段（14-2）和过渡段（14-3）组成。

进一步地，所述单风扇动力段（14-2）内部沿气流方向依次设置有整流罩前罩（14-4）、电机（14-5）、整流罩中罩（14-6）和整流罩尾罩（14-7）；整流罩前罩（14-4）外壁与单风扇动力段（14-2）的壳体内壁通过支撑片（14-8）连接；风扇叶片（14-9）与电机（14-5）输出轴连接；整流罩中罩（14-6）外壁与单风扇动力段（14-2）的壳体内壁通过止旋片（14-10）连接。

进一步地，所述整流罩前罩（14-4）和整流罩尾罩（14-7）的外形曲线按流线型旋成体坐标值确定；整流罩中罩（14-6）为圆筒结构；整流罩尾罩（14-7）由整流罩中罩（14-6）沿气流方向逐渐缩小并密封。

进一步地，所述集气段（14-1）采用喇叭口型式；所述过渡段（14-3）具有扩散角度，且扩散角度为5-6度。

进一步地，第一试验段（2）内设置第一转盘（2-1），第二试验段（8）内设置第二转盘（8-1），第一试验段（2）与第二试验段（8）内均设置流场数据采集装置。

进一步地，第一拐角（3）、第二拐角（5）、第三拐角（10）和第四拐角（12）内均设置导流片（15），导流片（15）的个数视拐角尺寸而定。

进一步地，稳定段（6）包括阻尼网（6-1）和蜂窝器（6-2）；所述阻尼网（6-1）和蜂窝器（6-2）分别通过螺栓固定于稳定段（6）内壁。

进一步地，蜂窝器（6-2）采用六角形蜂窝结构。

进一步地，所述第二回流段（13）内设有防护网（17），防护网（17）通过螺栓固定于第二回流段（13）内壁。

进一步地，多风扇动力段（1）、第一试验段（2）、第一拐角（3）、第一回流段（4）、第二拐角（5）、稳定段（6）、收缩段（7）、第二试验段（8）、第一扩散段（9）、第三拐角（10）、第二扩散段（11）、第四拐角（12）和第二回流段（13）之间通过法兰相互连接在一起。

一种采用上述回流式变频调速多风扇阵列风洞的试验方法，试验时，通过自适应控制技术实现多风扇动力段（1）的变频调速，当第一试验段（2）处于脉动试验时，拆卸阻尼网（6-1）；当第二试验段（8）处于常规风场试验时，安装阻尼网（6-1）。