一种低速风洞装置

本发明涉及空气动力学技术领域，特别是涉及一种低速风洞装置。

背景技术：

风洞是空气动力学实验领域里面的一种重要的设备，而低速风洞是一种重要的风洞型式。低速风洞虽然听起来不是那样高端，但是应用面极其广泛，今天人们享受到的许多生活中的舒适和便利都离不开低速风洞的贡献。

传统的低速风洞虽然千姿百态，但是结构上都离不开入口稳定段、收缩段、工作段、扩张段、风机和显示及测量装备这样一些要素。现有的实际运用的低速风洞中，基本上风洞的整体长度都在实验段的五到七倍左右的范围。出于动力相似的考虑，为了保证无量纲因子的相同，低速风洞的实验段的尺寸就很大了，再放大五到七倍，一座低速风洞不出意外地就是一座庞然大物。这种对于空间的过度要求限制了低速风洞更广泛地走进大众身边的可能性。这是现有低速风洞的一个明显的有待改进的地方。

低速风洞目前基本上是逐台设计、逐台生产、逐台调试、逐台运行，还做不到成批量生产和运行的程度，人力资源的投入因此占到了低速风洞的生产和运行的重要部分。随着社会人力成本的逐步高企，如果低速风洞不能够从简化结构上入手，降低设计、生产、调试和运行的成本，将来的低速风洞生存、发展空间将会受到极大的限制。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种低速风洞装置，简化了低速风洞的结构，减小了低速风洞流向尺寸，有利于低速风洞的推广应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低速风洞装置，包括依次连接形成空气通路的上游稳定段、工作段和下游稳定段；

上游稳定段包括进口唇部和上游段；

上游段两端分别连接于进口唇部和工作段；

进口唇部的截面由连接于上游段的一端向远离上游段的另一端逐渐增大；

上游段表面设有多个引流通孔，多个引流通孔分别与空气通路连通；

上游段内设有整流格网，整流格网设于多个引流通孔的下游；

下游稳定段设有引风机。

进一步，进口唇部为弧面结构。

进一步，多个引流通孔呈矩阵排布。

进一步，引流通孔截面为三角形、圆形、矩形或正方形。

进一步，下游稳定段包括下游段和出口唇部，下游段两端分别连接于工作段和出口唇部，出口唇部的截面由连接于下游段的一端向远离下游段的另一端逐渐增大，引风机设于下游段。

进一步，出口唇部为喇叭形。

进一步，出口唇部设有降噪结构。

进一步，降噪结构为设于出口唇部的多个锯齿形边缘。

进一步，上游稳定段、工作段和下游稳定段的截面均相等。

进一步，工作段内设有实验模型和流场参数测量装置。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明的低速风洞通过在上游段的进风口位置设置进口唇部，在上游段表面设置多个引流通孔，并在引流通孔的下游设置整流格网，替代了传统较长的入口稳定段和收缩段，简化了低速风洞的结构，减小了低速风洞流向尺寸，有利于低速风洞的推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的正视示意图。

图3为本发明实施例的俯视示意图

图4为本发明实施例的整流格网的示意图。

图5为本发明实施例的喇叭形出口唇部的平面结构示意图。

附图标记说明：

1-进口唇部、2——引流通孔、3——整流格网、4——低速风洞本体、5——引风机、6——出口唇部、7——锯齿形边缘、8——工作段、9——实验模型、10——测力天平。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

如图1-5所示，一种低速风洞装置，包括依次连接形成空气通路的上游稳定段、工作段8和下游稳定段；

上游稳定段包括进口唇部1和上游段；

上游段两端分别连接于进口唇部1和工作段8；

进口唇部1的截面由连接于上游段的一端向远离上游段的另一端逐渐增大；

上游段表面设有多个引流通孔2，多个引流通孔2分别与空气通路连通；

上游段内设有整流格网3，整流格网3设于多个引流通孔2的下游；

下游稳定段设有引风机5。

具体地，空气由引风机5产生的负压吸入进口唇部1进行初步整流。由于进口唇部1的截面由连接于上游段的一端向远离上游段的另一端逐渐增大，空气进入进口唇部1后压强变大，空气从慢速流动变为快速流动，进而以较快的速度进入到上游段内。空气流经上游段表面的多个引流通孔2时，低速风洞本体4外部大量空气从多个引流通孔2被吸入低速风洞本体4内部，加剧了空气在空气通路中向工作段8方向的流动，极大地缩短了低速风洞本体4入口段长度。从进口唇部1横向进入的空气与从上游段表面的多个引流通孔2竖向和侧向进入的空气汇合后，在上游段内流过整流格网3，使得空气流场速度进一步均匀化，并且降低了湍流强度。经过整流格网3后的空气依次流过工作段8、下游稳定段，被引风机5抽吸出低速风洞本体4后，排放到大气环境中。

在实际应用中，工作段8内部对流动的空气是有品质要求的，必须要能够模拟实验模型9所对应的实际工作状况，一般而言其参数包括流场速度均匀度和湍流强度。

为了将大量的空气快速引入上游段，并使空气进入到工作段8前空气流场速度均匀化以及降低湍流强度，传统的低速风洞常常需要设置很长的入口稳定段和收缩段，这样固然可以保持流场速度分布平滑，但是低速风洞的流向长度过长，需要占据很大空间，设计过于保守，不利于低速风洞的推广应用。

本设计的低速风洞装置反其道而行，通过在上游段的进风口位置设置进口唇部1，在上游段表面设置多个引流通孔2，并在引流通孔2的下游设置整流格网3，替代了传统较长的入口稳定段和收缩段，简化了低速风洞的结构，减小了低速风洞流向尺寸，有利于低速风洞的推广应用。

进口唇部1为弧面结构。

弧面结构具有平滑的表面，空气从弧面结构上流过时，具有较小的流动阻力，能够从慢速流动迅速地变为快速流动，进而以较快的速度进入到上游段内。

具体地，进口唇部1由上下两片各为弧形表面构成，优选为四分之一圆柱面的弧形表面，起到引导空气加速并有序流入低速风洞本体4的作用。

多个引流通孔2呈矩阵排布。

采用这种结构有利于吸引更多空气进入低速风洞本体4内部，加强了空气在低速风洞本体4中的流通速度。

引流通孔2截面为三角形、圆形、矩形或正方形。

具体地，上游段截面为矩形，矩形上游段的顶部和两侧面上均等间距地分布数行引流通孔2，形成垂直引流混合孔阵列段，起到削弱气流湍流强度和均匀流场的作用。引风机5工作时，把低速风洞本体4外部的空气从垂直引流混合孔阵列段抽吸进入低速风洞本体4内，不仅可以缩短低速风洞本体4进口段的长度，同时还增加低速风洞本体4横截面上空气流场的均匀度。

引流通孔2可以与该引流通孔2所在的上游段表面垂直，也可以与该引流通孔2所在的上游段表面之间形成不低于45度的夹角。

下游稳定段包括下游段和出口唇部6，下游段两端分别连接于工作段8和出口唇部6，出口唇部6的截面由连接于下游段的一端向远离下游段的另一端逐渐增大，引风机5设于下游段。

引风机5的内径与下游段的截面相匹配，可以配置较大尺寸的引风机5来取得更好的空气调节效果。在引风机5的抽吸下，空气从出口唇部6排出后压强变小，空气从快速流动变为慢速流动，实现以较平稳的速度从低速风洞本体4中排出到大气环境中的目的，减少了对周围环境空气的扰动，降低了工作噪音。

出口唇部6为喇叭形。

喇叭形的出口唇部6能够使空气从低速风洞本体4中排出时降低速度，减少了对周围环境空气的扰动。

出口唇部6设有降噪结构。

降噪结构为设于出口唇部6的多个锯齿形边缘7。

出口唇部6的多个锯齿形边缘7将从出口唇部6排出的大量空气分成多缕小量空气，均匀分散了与出口唇部6周围空气之间的摩擦，进一步减少了对周围环境空气的扰动，在适当降低排放噪声的同时，也替代了传统的下游扩张段，流向尺寸大为降低。

上游稳定段、工作段8和下游稳定段的截面均相等，优选为正方形截面。

采用这种结构可以使得工作段8的横截面长度和引风机5内径相当，在采用相同的引风机5设备情况下，可以允许采用较大的工作段8横截面尺寸，使低速风洞具有更好的空气调节效果。

工作段8内设有实验模型9和流场参数测量装置。

具体地，流场参数测量装置为测力天平10。工作段8内放置实验模型9，实验模型9同测力天平10连接，可以动态记录空气流动时实验模型9上受到的六个力和力矩的分量。

本发明实施例舍弃了传统的风洞上游收缩段和下游扩张段设计，不仅显著缩短了风洞长度方向的尺寸(在同样的工作段尺寸条件下，长度方向尺寸只有传统风洞的二分之一左右)，而且极大地简化了风洞的结构，原理清晰，极大地便利了生产和应用，不需要特别的人员培训，推广空间大。

工作过程：

空气从外部流进低速风洞本体4进口唇部1之后，由慢速状态变化为充分加速，根据伯努利方程的原理，其压力下降显著，流经低速风洞本体4前端区域顶部和两侧开设的垂直引流混合孔阵列段时，低速风洞本体4周围的外部空气从垂直引流混合孔阵列段被抽吸进来，急剧强化对于入口段边界层的扰动，大大缩短空气边界层达到充分发展的距离。然后，空气流过整流格网3，调整并且降低气流的湍流强度，提升流动的均匀度，达到工作段8对于气流品质的要求。此后，空气流过工作段8中的实验模型9，由测力天平10完成实验测量，并进行相关实验观察。整个低速风洞的气流由引风机5驱动，经过引风机5的空气流过一个喇叭形出口唇部6，通过喇叭形出口唇部6的锯齿形边缘7降低噪音之后排放到大气环境中。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。