一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台的制作方法

1.本发明涉及风洞实验器材领域，具体涉及一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台。


背景技术：

2.目前，市场上的回流式风洞主要有两种类型，一种为小型实验用风洞，一般用于教学用，其结构设计得相对比较紧凑，采用低功率轴流式风机整体的重量和体积都比较小，但其最大风速往往都在30m/s以下，对于风速类传感器的标定、校准以及性能测试无法覆盖到其满量程状态下的工况。另一种市场上常见的为大型的亚音速回流风洞，这类风洞能达到的最大风速一般都在50m/s以上，但其采用的一般为大功率的轴流风机或者离心风机，管道的占地面积以及主机重量都比较大，若应用于一般的风速产品的测试标定会有大量的性能过剩，与此同时由于其主机功率较高使用中带来的能耗也较大，对于一般的产品测试经济性不高，其庞大体积对放置的场地也有较高的要求，所以这类风洞不适用于一些普通的情况。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决技术中的上述不足之处，提供一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台。
4.一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，包括低俗试验段和高速试验段，所述低俗试验段和高速试验段之间通过第二收缩管道连接，高速试验段远离第二收缩管道的一端与第一扩散管道的一端连接，第一扩散管道的另一端与第三拐角管道的一端连接，第三拐角管道的另一端与风机入口直通管道的一端连接，风机入口直通管道的另一端与第二拐角管道连接，第二拐角管道的另一端与风机入口管道的一端连接，风机入口管道的另一端与风机的进风口连接，风机的出风口与风机出口管道连接，风机出口管道的另一端与第一拐角管道连接，第一拐角管道的另一端与风机出口直通管道的一端连接，风机出口直通管道的另一端与第四拐角管道连接，第四拐角管道的另一端与第一收缩管道的一端连接，第一收缩管道的另一端与低速试验段远离第二收缩管道的一端连接。
5.优选的，所述高速试验段和低速试验段共同构成风洞试验段，其内配有皮托管及微差压计，同时可外接相关的测量仪表用于各类风速传感器等产品的性能测试及标定，其试验段长度取值根据如下公式：
[0006][0007]
优选的，所述第一拐角管道、风机出口直通管道和第四拐角管道共同构成稳定段。
[0008]
优选的所述稳定段直径和收缩比的确定直接关系到收缩比c，收缩比c是指稳定段截面积余试验段截面积之比，c等于8。
[0009]
优选的，所述第一拐角管道和风机出口直通管道之间设计有低俗稳定段管道，其内部内的蜂窝器采用长细比应设计为15左右的六角形小孔薄壁蜂窝器。
[0010]
优选的，所述第二收缩管道和第一收缩段管道组成收缩段，收缩段的作用是均匀加速气流，使其达到试验段需要的流速。
[0011]
优选的，所述收缩段入口的直径等于稳定段的直径，收缩段入口的直径为r1，收缩段出口的直径为r2，收缩段的长度为l，l的值为0.5-1m。
[0012]
优选的，所述收缩段的直径取值为
[0013]
为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
[0014]
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：由于一般的民用风速传感器其量程普遍为30m/s及50m/s两种，本发明在市面上常见的两类回流风洞的基础上，针对传感器行业的行业特点进行了一些优化及改进，其采用双试验段设计，通过管道结构控制风速，其低速实验段最大风速为30m/s，高速实验段最大风速为50m/s，主风机采用混流风机，以保证其在功率和体积相对较小的情况下提供较大的风量。本发明的体积、重量以及能耗相对比较平衡和适中，适用于一般高量程风速产品的测试及标定。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1为本发明一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台的整体结构示意图；图2为为本发明一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台的扩散段损失系数和扩散角之间的关系图。
[0017]
附图标记说明：
[0018]
1-风机、2-风机出口管道、3-第一拐角管道、4-低速试验段、5-高速试验段、6-第三拐角管道、7-风机入口直通管道、8-第二拐角管道、9-风机入口管道、10-风机出口直通管道、11-第四拐角管道、12-第二收缩管道、13-第一扩散管道、14-第一收缩管道。
具体实施方式
[0019]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
[0020]
一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，包括低俗试验段4和高速试验段5，所述低俗试验段4和高速试验段5之间通过第二收缩管道12连接，高速试验段5远离第二收缩管道12的一端与第一扩散管道13的一端连接，第一扩散管道13的另一端与第三拐角管道6的一端连接，第三拐角管道6的另一端与风机入口直通管道7的一端连接，风机入口直通管道7的另一端与第二拐角管道8连接，第二拐角管道8的另一端与风机入口管道9的一端连接，风机入口管道9的另一端与风机1的进风口连接，风机1的出风口与风机出口管道2连接，风机出口管道2的另一端与第一拐角管道3连接，第一拐角管道3的另
一端与风机出口直通管道10的一端连接，风机出口直通管道10的另一端与第四拐角管道11连接，第四拐角管道11的另一端与第一收缩管道14的一端连接，第一收缩管道14的另一端与低速试验段4远离第二收缩管道12的一端连接。
[0021]
本发明为双实验段回流式风洞，管道采用方向截面，回流式布局，管道主体由，风机入口管道、风机出口管道、扩散段管道、第二扩散管道、热交换管道，低速试验段管道，高速实验段管道、第一拐角管道、第二拐角管道构成。风机采用混流式风机，低速试验段设计风速为30m/s，高速试验段设计风速为50m/s，管道材质为2mm冷轧钢板。
[0022]
风洞试验段配有皮托管及微差压计，同时可外接相关的测量仪表用于各类风速传感器等产品的性能测试及标定，其试验段长度取值根据如下公式：
[0023][0024]
稳定段直径已及收缩比的确定：
[0025]
稳定段直径直接关系到收缩比c，收缩比c是指稳定段截面积余试验段截面积之比。风洞的收缩比对风洞的运转功率有较大的影响，此次设计的低速风洞基本系统，所以也是如此。气体在通过收缩后，其速度大幅度增加，湍流度则明显下降。随收缩比c的增大，气流在稳定段的流速将明显下降，使得气流在通过稳定段内各整流装置(蜂窝器、阻尼网)以及冷却器时的压降也相应降低。
[0026]
从国内外常规低速风洞的设计及使用经验来看，收缩比通常设计为7—10，并在稳定段内设置有必要的整流装置，就可以保证试验段的气流品质达到要求。根据此次实验台的设计特点，选定此次实验台的收缩比为8。
[0027]
蜂窝器设计
[0028]
低速稳定段内的蜂窝器，主要作用是导向和分割气流大漩涡，因而有利于加快漩涡的衰减，同时，由于蜂窝器管道对气流的摩擦作用，也有利于改善气流的速度分布，并在一定程度上也能降低气流的湍流度，但对蜂窝格子的尺寸似乎没有明确的设计数据。蜂窝器的蜂窝格子有圆形截面、方形截面和六角形截面等，相比起来，采用六角形截面的蜂窝器是较为理想。
[0029]
根据近年来蜂窝器的设计发展和使用，对于标准的常规低速风洞的蜂窝器来讲，其长细比应设计为15左右的六角形小孔薄壁蜂窝器。而此次设计的实验台的蜂窝器也设计为15左右的六角形小孔薄壁蜂窝器。
[0030]
收缩段设计
[0031]
收缩段的作用是均匀加速气流，使其达到试验段需要的流速。在设计收缩段时，主要应考虑以下几点：
[0032]
(1).气流在沿收缩段加速时，洞壁上不出现分离。
[0033]
(2).收缩段出口截面的气流均匀、平行和稳定。
[0034]
(3).收缩段不宜过长。
[0035]
收缩段长度不易过长，这主要是从设备的造价来考虑的；收缩段长度也不能过短，以免气流出现不均匀甚至发生分离。在保证收缩段性能的前提下，收缩段的长度，多以l＝(0.5——1.0)d，d为收缩段入口直径。由之前的分析可知，收缩段入口直径即稳定段直径。
[0036]
收缩曲线
[0037]
经验证明，收缩段型面出口的曲率半径应该比入口的小。我国设计的低速风洞，有许多是采用维氏公式来计算收缩段的收缩曲线的，这种曲线可以获得良好的试验段气流品质。这种收缩段在入口部分，其收缩较快，在收缩段的出口部分则收缩较慢，而且其轴向速度分布不会出现“反跳”，出口速度较均匀。因此，此次设计的实验台的收缩段曲线也用这个公式计算。
[0038]
维氏公式实在理想不可压的轴对称流的情况下推出的，可由下式表明：
[0039][0040]
式中r1为收缩段进口截面半径(m)；r2为收缩段出口截面半径(m)；
[0041]
c＝(r1/r2)2，c为收缩比；r为轴向距离为x处的截面半径(m)；l为收缩段长度(m)。
[0042]
公式也可改写成：
[0043][0044]
研究表明：
[0045]
在具体设计时，若取r1＝2r2，收缩曲线能获得良好的气流品质。
[0046]
此种方法不仅适用于轴对称收缩，对于矩形或二维收缩时，采用这种方法也能获得良好的气流品质。
[0047]
当收缩比较大(c》4)时，可以通过移轴的方式，采用上述方法设计收缩曲线，同样也能获得良好的气流品质。
[0048]
扩散段设计：
[0049]
常规低速风洞中，通常有两个扩散段，一个位于试验段下游，常称第一扩散段；另一个位于风扇段下游，常称第二扩散段。近年来国外新建的尝过低速风洞中，还设计了一个大角度扩散段，它位于第四拐角与稳定段之间。扩散段的主要作用是将气流的动能恢复为压力能，从而减少气流在扩散段下游各段的能量损失。
[0050]
常规扩散段的扩散角：在没有分离的情况下,气流通过扩散段的损失^p0主要包括摩擦损失和扩压损失两种。
[0051]
^p0可以用下式表示：
[0052][0053]
式中a1和a2—分别为扩散段的进口和出口截面积；
[0054]
q1—进口截面动压值；
[0055]
λ
平均
—摩擦损失系数；
[0056]
θ—扩散段全扩散角；
[0057][0058][0059]
由公式可知，当扩散段面积比一定时，随扩散角的增加，扩散段的摩擦损失减少而扩压损失增大。
[0060]
参阅图2，扩散段的面积比确定了扩散的压力恢复和压力梯度。在扩散段的扩散角5
°
时，当扩散段面积比过大时同样有产生分离的危险。
[0061]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，包括低俗试验段(4)和高速试验段(5)，其特征在于：所述低俗试验段(4)和高速试验段(5)之间通过第二收缩管道(12)连接，高速试验段(5)远离第二收缩管道(12)的一端与第一扩散管道(13)的一端连接，第一扩散管道(13)的另一端与第三拐角管道(6)的一端连接，第三拐角管道(6)的另一端与风机入口直通管道(7)的一端连接，风机入口直通管道(7)的另一端与第二拐角管道(8)连接，第二拐角管道(8)的另一端与风机入口管道(9)的一端连接，风机入口管道(9)的另一端与风机(1)的进风口连接，风机(1)的出风口与风机出口管道(2)连接，风机出口管道(2)的另一端与第一拐角管道(3)连接，第一拐角管道(3)的另一端与风机出口直通管道(10)的一端连接，风机出口直通管道(10)的另一端与第四拐角管道(11)连接，第四拐角管道(11)的另一端与第一收缩管道(14)的一端连接，第一收缩管道(14)的另一端与低速试验段(4)远离第二收缩管道(12)的一端连接。2.根据权利要求1所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于：所述高速试验段(5)和低速试验段(4)共同构成风洞试验段，其内配有皮托管及微差压计，同时可外接相关的测量仪表用于各类风速传感器等产品的性能测试及标定，其试验段长度取值根据如下公式：3.根据权利要求1所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于，所述第一拐角管道(3)、风机出口直通管道(10)和第四拐角管道(11)共同构成稳定段。4.根据权利要求3所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于，所述稳定段直径和收缩比的确定直接关系到收缩比c，收缩比c是指稳定段截面积余试验段截面积之比，c等于8。5.根据权利要求3所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于：所述第一拐角管道(3)和风机出口直通管道(10)之间设计有低俗稳定段管道，其内部内的蜂窝器采用长细比应设计为15左右的六角形小孔薄壁蜂窝器。6.根据权利要求1所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于，所述第二收缩管道(12)和第一收缩段管道(14)组成收缩段，收缩段的作用是均匀加速气流，使其达到试验段需要的流速。7.根据权利要求6所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于，所述收缩段入口的直径等于稳定段的直径，收缩段入口的直径为r1，收缩段出口的直径为r2，收缩段的长度为l，l的值为0.5-1m。8.根据权利要求7所述的一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，其特征在于：所述收缩段的直径取值为r1＝2r2，

技术总结
本发明公开了一种用于风速传感器标定及性能检测的经济型回流式风洞实验台，包括低俗试验段和高速试验段，所述低俗试验段和高速试验段之间通过第二收缩管道连接，高速试验段远离第二收缩管道的一端与第一扩散管道的一端连接，第一扩散管道的另一端与第三拐角管道的一端连接，第三拐角管道的另一端与风机入口直通管道的一端连接，风机入口直通管道的另一端与第二拐角管道连接，其采用双试验段设计，通过管道结构控制风速，其低速实验段最大风速为30m/s，高速实验段最大风速为50m/s，主风机采用混流风机，以保证其在功率和体积相对较小的情况下提供较大的风量。本发明的体积、重量以及能耗相对比较平衡和适中，适用于一般高量程风速产品的测试及标定。风速产品的测试及标定。风速产品的测试及标定。


技术研发人员：陈旭财 凌高明 谢功贤
受保护的技术使用者：湖南菲尔斯特传感器有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/6