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低速风洞气动特性设计（2）
一、课程设计目的
综合运用在流体力学实验技术和其它课程中所学习的知识，完成简化了的低速风洞气动特性设计项目，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。
二、课程设计要求
能正确运用有关学科的基本理论解决工程实际问题。图纸符合规范，清楚，整洁。设计说明书中文字、数字和插图表达清晰正确。设计中对工艺性、经济性作了考虑。工作态度认真负责，按时、独立完成指定的设计任务。
三、设计风洞任务要求 1) 风洞实验段要求：开口 2) 实验段进口截面形状：椭圆形 3) 实验段进口截面尺寸：1.5m 4) 实验段进口截面最大风速：50m/s 5) 收缩段的收缩比：5
四、风洞设计说明书
根据实验段进口截面尺寸判断：我们小组所设计风洞为小型风洞
1、实验段设计
实验段是整个风洞的中心，模型装在此处进行实验。衡量风洞气动力设计及施工的质量主要从两方面来看：实验段气流的流场品质；风洞工作的效率。实验段的气流品质是风洞各部分工作的集中体现。
实验段截面形状选择
选择剖面形状的原则是在满足实验要求下最有效地利用全部气流切面积，因而可以减少风洞的驱动功率。实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及长方形等。
在相似的稳定段情况和相同的收缩比下，椭圆形截面的气流最为均匀，即均匀区所占的比例最大，圆形次之，长方形再次之；从洞壁干扰的情况来看，对于相同的模型展长洞宽比，椭圆形的升力干扰最小，长方形次之，圆形再次之。
因此，我们所设计实验段椭圆形截面有流场均匀、气流品质好、洞壁干扰小的优点。但，从施工和安装来讲，椭圆形不方便，这也是弊端所在。
实验段截面尺寸选择
椭圆截面按照长轴短轴比3:2设计，则长轴长1.5m，短轴长1m。 设长半轴为a，短半轴为b，则a=0.75m,b=0.5m 定义椭圆截面水力直径D0?求得：D0?1.14m
4?S椭圆C椭圆，且S椭圆??ab,C椭圆?2?b?4(a?b)
实验段开口式、闭口式的选择
本实验任务要求采用开口式，优点在于：安装模型及进行实验方便；在相同的模型和风洞尺寸关系下，开口实验段的边界层干扰要小得多。但相比于闭口式，缺点在于：实验段气流均匀性差，且容易产生脉动，为保证实验数据准确性，模型应该置于等紊流度区域内，因而模型尺寸受限。
实验段长度确定
实验段长度可以分为三部分模型头部至实验段入口的距离l1、模型长度l2、模型尾部至扩压段进口距离l3，且满足如下要求：
l1?0.25~0.50D0,l2?0.75~1.25D0,l3?0.75~1.25D0
取l1?0.3D0?0.34m,l2?D0?1.14m,l3?0.9D0?1.02m 则总长L1?l1?l2?l3?2.2D0?2.5m
但由于所设计风洞实验段为开口式，气流损失较大，故需减小开口段长度，使
L?1.0~1.5D0，取L1?1.2D0?1.37m
2、收缩段设计
收缩段作用
收缩段位于实验段上游，作用是加速气流，同时保证气流均匀，不发生分离。
收缩段进口直径D1：
?D2根据收缩比??S进口?4?5，可确定D1?2.74m S出口?ab收缩段长度L2：
收缩段长度一般可以采用直径的0.5~1.0倍，取L2?0.7D1?1.92m 收缩曲线设计：
(图)
收缩曲线的形状对实验段气流的均匀性有很大影响，如果收缩曲线设计不当，就得不到均匀来流。收缩段曲线的设计方法有很多种，如限于理想不可压无旋流的轴对称收缩段设计、采用复变函数保角映射的二元收缩段设计。
本设计中选用较为常见的维托辛斯基设计曲线：
R?R2x2)R22L221?[1?()]R1x23(1?2)3L2(1?2
其中R1,R2,R分别为收缩段进口、出口及任意x处的截面半径，L2为收缩段的长度
3、稳定段及整流装置设计
稳定段通常是一个等截面管道。上游承接第四拐角，流动截面无变化，下游与收缩段相接，故而收缩段进口即为稳定段出口，截面直径D1?2.74m。
稳定段对气流的影响取决于它的长度。稳定段的长度首先要保证安装蜂窝器、多层纱网等，其次还需要有一段长度，使气流经过蜂窝器及纱网后逐渐稳定下来并衰减残存的小漩涡。
对于收缩比为5的风洞，长度一般取截面直径大小，故稳定段长度L3?D1?2.74m。 蜂窝器
蜂窝器截面形状选择
蜂窝器由许多方形、圆形或六角形的等截面小管道并列组成，形状如同蜂窝，故名蜂窝器蜂窝器的作用在于导直气流，使其平行于风洞轴线，把气流中的大尺寸漩涡分割成小尺寸涡，因而有利于加快漩涡的衰减。
方形格子加工方便，最为常见，故设计中选用方形格子。
蜂窝器截面尺寸选择
影响蜂窝器的主要参数是蜂窝长度l和口径M。长度l越大，整流效果越好，但损失增加。M值越小，蜂窝器对降低紊流度的效果越显著。一般的参数范围为
l?5~10M取
M?5~30cm
l?5MM?6cm，则l为30cm
纱网
纱网作用是降低气流的紊流度，故又名紊流网，它同蜂窝器均可以将较大漩涡分割成小漩涡，以利于衰减；还可以使气流速度分布更趋均匀
紊流网的设计主要包括网的层数和网的粗细选择。网越细，层数越多，整流效果越好。设计中，最常用的网的层数为2~3层；粗细最常用为24~30目/英寸。我们选用2层网，25目/英寸，两层网间距25cm
4、扩压段设计
扩压段，也称扩散段，作用是把气流的动能变成压力能。
扩压段上游承接实验段，设计中，实验段采用开口形式，取实验段射流扩散角为??3，实验段长度L1?1.37m。
设扩压段进口圆截面直径D2，则须D2?2a?2L1tan(?/2)，可求得D2?1.57m，取