基于風洞實驗的風機欠條件下的測試研究

羅天敏 趙濤濤

運用風洞實驗為基礎模型,結合湍流N-S模型,通過EULER法對流場加速度表達式進行簡化,建立簡化模型,在欠條件下對風機進行測試,通過理論和工業驗證其正確性,最終為風機測試提供了一種的新方法,可應用于實際工程生產。

關鍵詞:風洞實驗通風機風量測試

中圖分類號:TM315 文獻標識碼:A 文章編號1672-3791(2012)05(b)-0002-01

風洞實驗是建立在相似理論和誤差理論基礎上的一項復雜的空氣動力實驗,源于1891年韋納姆(F·H·Wenham)建造的世界上第一座風洞,近20年來得到了飛速的發展,主要應用在航空航天領域,為新型氣動概念的研究發揮巨大的作用。本文借鑒風洞實驗中進氣道實驗的理論方法,在測試風速超過儀器量程的情況下,為了保護儀器,同時滿足測試要求,最重要的是保證測試數據的準確性和測試結果的合理性,根據空氣流動的速度場的分布規律,采用多頭風速儀分點布置,避免了中心風流的超速問題,保證了測試工作的順利進行。

1 模型及簡化

進氣道實驗最早是用在飛行器模擬的實驗,在飛機的機翼進風筒布置相應的傳感器,對進氣道的流量進行調節,從而對氣體特性進行分析研究,根據微分形式的動量方程。

在三維流動里,三個方向的加速度均為速度分量與同一方向的導數之乘積,在直圓管中的定常流,流速在一個截面上是不均一的,中心大,邊上小,同時這種分布在各截面都一樣,這時只有u,且u=u(y).u不是x的函數,在這種流動里,當地加速度和遷移加速度都是零。此時,風筒中的氣體流動滿足牛頓粘性定律,流體在摩擦阻力的作用下,流體內部的摩擦應力τ和速度梯度的關系為:

…………………………(1)

不同介質的值各不相同,同一種介質的值則隨溫度的變化而變化,值與壓強基本無關。

金川二礦的14行風井為兩臺風機(型號為BDK—8—№30)并聯抽出式對旋通風,兩臺風機分別通過各自的風硐與14行回風井直接相連,根據現場實際情況結合相關的理論知識,最終決定改變測試的布點方式,從巷道中心往兩側布點,共布點9個,兩側間距分別0.84m、1.08m、1.28m和1.45m。

測風位置設在風硐平直段內,距閘門調阻位置和井筒位置均在25米處,風流平直穩定,風速測量較為準確。

主要測風方法為多頭風速儀直接測風。在風硐斷面安裝一個十字型的角鐵架,斷面積S=πD2/4=3.14*3.052/4=7.30 m2,去掉角鐵架面積,取凈斷面積為7.07 m2。

2 數據整理計算

根據測試整理取其中四點測點的數據進行計算:測點3479的速度分別為24.7m/s、23.5m/s、36.4m/s、29.0m/s

1、根據牛頓內摩擦力公式計算各點風速,……………………(2)

式中:F—流層間的內摩擦,N

—與流體種類有關的比例系數,稱為動力粘度,Pa·s;

A—流層間的接觸面積,m2;

流速沿垂直于流動方向的變化率,即速度梯度,l/s

單位面積上的內摩擦力(切應力)為:………………………(3)

式中:—單位面積上的內摩擦力,Pa.。—標準大氣壓和不同溫度下空氣的動力粘度和運動粘度,實測溫度為20.2攝氏度。查表并用插值法計算得=18.25Pa·s:通過計算得:

1#風機的風速分別為(自左向右)23.5;24.1;24.7;25.6;28.8;25.6;24.7;24.1;23.5(m/s)

2#風機的風速分別為(自左向右)29.0;31.0;33.2;36.4;46.1;36.4;33.2;31.0;29.0(m/s)

3 數據回歸計算

考慮氣體從壁面到中心各點速度呈線性變化,利用已知每個管道兩個測試點的速度進行線性擬合。假設到壁面距離為x處的速度為y,則y=a+bx。利用測試點速度數據進行擬合得到a和b的值,由此可以得到其它距離各點處的速度y。(如表1表2)

通過計算和線性擬合檢驗得出的兩組數據誤差很小,數據處理正確合理。

根據Q=VS…………(4)

式中:Q--風量(m3/s);

V—風速(m/s);

S—巷道斷面:7.03m2;

計算得:1#回風井的平均風速V=25.0m/s;2#回風井的平均風速V=33.9m/s;

合算風量:

1#風機的總風量為:Q1=175.75m3/s;2#風機的總風量為:Q2=238.32m3/s

總風量為:Q總=Q1+Q2=414.1m3/s

經過工業驗證,金川二礦的實際用風量為420m3/s左右與現場生產實際相符。

4 結論

風機測試方法隨著科學技木的發展日新月異,除了提高測試儀器的準確度和實用性外,新的測試方法也應該是提高風機測試的一種新的向導,本文根據金川二礦現場情況,結合測試儀器的局限性,創造性的設計和運用欠條件下的風量測試方法,通過現場驗證表明其正確性,測試方法具有更遠的拓展性,應用前景非常廣泛。