小型风洞放气特性的数值计算及试验研究

发布时间：2021-10-24 21:19

　　为了研究小型风洞瞬时放气的工作性能,通过数值计算和试验对风洞的放气特性进行研究。建立了风洞放气模型,并进行了数值计算,结果表明:在声速放气过程中,容器内压力以指数方式减小,风洞出口质量流量梯度较大;在亚声速放气时,容器内压力以近似二次曲线减小,风洞出口质量流量近似线性减小。在风洞试验段内设置试验模型进行放气试验研究,试验结果与数值计算结果吻合良好,验证了数值计算的正确性。 

【文章来源】：机床与液压. 2020,48(11)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

风洞装置示意图

试验前利用空气压缩机将高压气体充入压力容器中,待压力容器内气体压力达到测试压力时,关闭进气阀门。放气时,打开试验阀门,压力容器中的高压气体从出气口处迅速冲出。由于放气时气体速度较高,放气时间较为短暂,放气过程中,气体来不及和外界进行热交换,此过程可以视为绝热过程。压力容器放气时,容器内高压气体pH下降到外界压力pL(文中pL取大气绝对压力),容器温度由TH降低到TL。当压力容器中的气体压力大于临界压力值时(1.893pL),压力容器的放气过程分为两个过程,分别为声速流动状态和亚声速流动状态[10]。当压力容器中的气体压力小于临界压力值时(1.893pL),压力容器的放气过程为亚声速流动状态。容器放气压力-时间特性曲线[11]如图2所示。2 风洞放气过程的数值计算

计算流体力学(CFD)由于获取数据成本低、速度快且能模拟多种工况等优点得到广泛的应用。由于本文作者设计的风洞结构不对称,风洞的放气过程也比较复杂,将风洞模型进行合理的简化能在很大程度上减小计算时间、节约计算资源,因此在模拟风洞的放气性能时将三维结构转化为二维轴对称结构(Axisymmetry)。在计算风洞放气特性之前,利用前处理软件划分模型网格。划分好的模型网格如图3所示,采用结构化网格,管道内模型附近采用加密网格。由于风洞放气时间过程短暂,计算时采用瞬态求解器,将空气看作理想气体(ideal gas),采用Sutherland公式确定黏度。放气时,由于气流速度很高,为湍流流动,计算时采用湍流k-ε两方程模型。容器出口为压力出口,其他边界为壁面边界条件。风洞放气时,当容器内压力为3 000 Pa时,此时容器内压力较小,认为风洞放气结束。

【参考文献】：
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本文编号：3456001