利用自然低温的旋转叶片结冰风洞试验系统设计
发布时间：2021-09-09 11:44
为开展风力机旋转叶片结冰风洞试验研究,设计了一种利用寒冷地区自然低温环境的具有可变截面试验段的结冰风洞试验系统。该系统在原有常规结冰风洞的基础上改进了试验段,设置了喷雾区与非喷雾区,风力机叶片实验台可设置在非喷雾区内,而旋转叶片在转至喷雾区时进行结冰测试。为测试该系统的各项参数以及研究系统的可行性,对该试验系统的3个主要环境变量:试验段速度分布、温度分布和液态水含量分布进行了测试和标定。在此基础上,进行了绕轴旋转圆柱和叶片段的结冰试验,对2个系统下的无因次结冰面积及结冰形状进行了对比分析。结果显示该系统各项参数稳定,利用2个系统得到的结冰形状相似度高,结冰面积一致性较好,表明该系统可用于进行旋转机械结冰风洞试验研究。
【文章来源】：实验流体力学. 2018,32(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
研究设计的结冰风洞试验系统图１结冰试验系统示意图Ｆｉｇ．１Ｉｃｉｎｇｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ（ｂ）
转半径下的结冰试验，有效降低结冰试验成本。（ａ）结构示意图（ｂ）结构实物图图２旋转叶片试验台与可变截面试验段结构图Ｆｉｇ．２Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅｔｅｓｔｓｔａｎｄａｎｄｓｋｅｔｃｈｏｆｖａｒｉａｂｌｅ－ａｒｅａｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ１．２试验系统工作原理在利用本系统进行叶片结冰试验时，其实现过程如下：首先通过变频器调节电机转速，并利用力矩转速仪完成对叶片转速的测量，显示叶片模型转速；继而冷气吸入段及常规风洞段将外部冷空气吸入风道内，喷雾段内喷雾系统完成水雾的喷洒后，水雾在混合段内与吸入风洞腔体内的冷空气完成混合并加速，形成一定流速的过冷水滴并流入试验段腔体内；最终叶片模型在试验段腔内以一定转速绕轴旋转时，仅转至试验段与混合段后部开口的喷雾区域内完成结冰，而在其他部分的非喷雾区域不发生结冰且保持冰形，当其转至喷雾区域内完成进一步结冰。这样只需保证非喷雾区域温度低于０℃，叶片模型在非喷雾区内结冰冰形便不会发生融化，从而保证了结冰外形。图３（ａ）为叶片在原有系统内运动示意图，图３（ｂ）为叶片在本系统内运动示意图，图４为本试验系统某结冰试验过程中的叶片模型运动情况。２结冰风洞试验系统环境参数测量与评价方法本系统以试验段为主要工作段，需要对试验段内的温度分布、速度分布、液态水含量（ＬＷＣ）分布及水滴粒径平均直径（ＭｅｄｉｕｍＶｏｌｕｍｅＤｉａｍｅｔｅｒ，ＭＶＤ）等主要环境参数进行标定与分析。由于２个系统所采用的喷雾系统相同，故水滴粒径平均直径（ＭＶＤ
（ｂ）为叶片在本系统内运动示意图，图４为本试验系统某结冰试验过程中的叶片模型运动情况。２结冰风洞试验系统环境参数测量与评价方法本系统以试验段为主要工作段，需要对试验段内的温度分布、速度分布、液态水含量（ＬＷＣ）分布及水滴粒径平均直径（ＭｅｄｉｕｍＶｏｌｕｍｅＤｉａｍｅｔｅｒ，ＭＶＤ）等主要环境参数进行标定与分析。由于２个系统所采用的喷雾系统相同，故水滴粒径平均直径（ＭＶＤ）相同，只需测量其余参数即可。（ａ）叶片在原系统中运动示意图（ｂ）叶片在本系统中运动示意图图３旋转叶片在试验段内运动示意图Ｆｉｇ．３Ｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅｓｉｎｔｈｅｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ图４试验过程中的叶片Ｆｉｇ．４Ｂｌａｄｅｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ２．１试验段温度标定对图５所示的试验段温度测试区域某个试验状态下各位置的温度进行测定，得到了如图６所示的温度分布云图。从温度分布云图中可知，过冷气流从喷雾区域流出，通过叶片旋转带动喷雾区冷气体进入非图５试验段温度测量范围Ｆｉｇ．５Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ图６试验段截面温度分布Ｆｉｇ．６Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ２４实验流体力学（２０１８）第３２卷???????????????????????????????????????????????????
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑小攻角影响立轴风轮气动性能改善方法[J]. 赵振宙,钱思悦,郑源,汪瑞欣,曾冠毓. 排灌机械工程学报. 2018(02)
[2]从纵横向流场分析垂直轴风力机功率随转速的变化[J]. 冀文举,汪建文,薛朔,肖畅,高志鹰. 排灌机械工程学报. 2018(02)
[3]旋转叶片结冰风洞试验研究[J]. 王绍龙,李岩,田川公太朗,冯放. 工程热物理学报. 2017(06)
[4]绕轴旋转翼型结冰分布的结冰风洞试验研究[J]. 李岩,王绍龙,冯放,郭文峰,田川公太朗. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]绕轴旋转圆柱结冰特性结冰风洞试验[J]. 李岩,王绍龙,易贤,周志宏,郭龙. 航空学报. 2017(02)
[6]国外结冰试验研究平台综述[J]. 战培国. 飞航导弹. 2016(11)
[7]3m×2m结冰风洞总压探针和皮托管研制[J]. 祖孝勇,张林,肖斌,朱世民. 实验流体力学. 2016(04)
[8]结冰风洞试验段水滴分布特性分析[J]. 易贤,郭龙,符澄,张海洋,周志宏,彭强. 实验流体力学. 2016(03)
[9]利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计[J]. 李岩,王绍龙,郑玉芳,刘钦东,冯放,田川公太朗. 实验流体力学. 2016(02)
[10]结冰风洞环境对喷嘴雾化特性的影响初步研究[J]. 符澄,彭强,张海洋,王超,吴盛豪. 实验流体力学. 2015(03)
博士论文
[1]机翼结冰模拟中关键问题的研究[D]. 孟繁鑫.南京航空航天大学 2013
[2]飞机结冰数值计算与冰风洞部件设计研究[D]. 孙志国.南京航空航天大学 2012
本文编号：3392032
【文章来源】：实验流体力学. 2018,32(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
研究设计的结冰风洞试验系统图１结冰试验系统示意图Ｆｉｇ．１Ｉｃｉｎｇｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ（ｂ）
转半径下的结冰试验，有效降低结冰试验成本。（ａ）结构示意图（ｂ）结构实物图图２旋转叶片试验台与可变截面试验段结构图Ｆｉｇ．２Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅｔｅｓｔｓｔａｎｄａｎｄｓｋｅｔｃｈｏｆｖａｒｉａｂｌｅ－ａｒｅａｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ１．２试验系统工作原理在利用本系统进行叶片结冰试验时，其实现过程如下：首先通过变频器调节电机转速，并利用力矩转速仪完成对叶片转速的测量，显示叶片模型转速；继而冷气吸入段及常规风洞段将外部冷空气吸入风道内，喷雾段内喷雾系统完成水雾的喷洒后，水雾在混合段内与吸入风洞腔体内的冷空气完成混合并加速，形成一定流速的过冷水滴并流入试验段腔体内；最终叶片模型在试验段腔内以一定转速绕轴旋转时，仅转至试验段与混合段后部开口的喷雾区域内完成结冰，而在其他部分的非喷雾区域不发生结冰且保持冰形，当其转至喷雾区域内完成进一步结冰。这样只需保证非喷雾区域温度低于０℃，叶片模型在非喷雾区内结冰冰形便不会发生融化，从而保证了结冰外形。图３（ａ）为叶片在原有系统内运动示意图，图３（ｂ）为叶片在本系统内运动示意图，图４为本试验系统某结冰试验过程中的叶片模型运动情况。２结冰风洞试验系统环境参数测量与评价方法本系统以试验段为主要工作段，需要对试验段内的温度分布、速度分布、液态水含量（ＬＷＣ）分布及水滴粒径平均直径（ＭｅｄｉｕｍＶｏｌｕｍｅＤｉａｍｅｔｅｒ，ＭＶＤ）等主要环境参数进行标定与分析。由于２个系统所采用的喷雾系统相同，故水滴粒径平均直径（ＭＶＤ
（ｂ）为叶片在本系统内运动示意图，图４为本试验系统某结冰试验过程中的叶片模型运动情况。２结冰风洞试验系统环境参数测量与评价方法本系统以试验段为主要工作段，需要对试验段内的温度分布、速度分布、液态水含量（ＬＷＣ）分布及水滴粒径平均直径（ＭｅｄｉｕｍＶｏｌｕｍｅＤｉａｍｅｔｅｒ，ＭＶＤ）等主要环境参数进行标定与分析。由于２个系统所采用的喷雾系统相同，故水滴粒径平均直径（ＭＶＤ）相同，只需测量其余参数即可。（ａ）叶片在原系统中运动示意图（ｂ）叶片在本系统中运动示意图图３旋转叶片在试验段内运动示意图Ｆｉｇ．３Ｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅｓｉｎｔｈｅｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ图４试验过程中的叶片Ｆｉｇ．４Ｂｌａｄｅｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ２．１试验段温度标定对图５所示的试验段温度测试区域某个试验状态下各位置的温度进行测定，得到了如图６所示的温度分布云图。从温度分布云图中可知，过冷气流从喷雾区域流出，通过叶片旋转带动喷雾区冷气体进入非图５试验段温度测量范围Ｆｉｇ．５Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ图６试验段截面温度分布Ｆｉｇ．６Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ２４实验流体力学（２０１８）第３２卷???????????????????????????????????????????????????
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑小攻角影响立轴风轮气动性能改善方法[J]. 赵振宙,钱思悦,郑源,汪瑞欣,曾冠毓. 排灌机械工程学报. 2018(02)
[2]从纵横向流场分析垂直轴风力机功率随转速的变化[J]. 冀文举,汪建文,薛朔,肖畅,高志鹰. 排灌机械工程学报. 2018(02)
[3]旋转叶片结冰风洞试验研究[J]. 王绍龙,李岩,田川公太朗,冯放. 工程热物理学报. 2017(06)
[4]绕轴旋转翼型结冰分布的结冰风洞试验研究[J]. 李岩,王绍龙,冯放,郭文峰,田川公太朗. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]绕轴旋转圆柱结冰特性结冰风洞试验[J]. 李岩,王绍龙,易贤,周志宏,郭龙. 航空学报. 2017(02)
[6]国外结冰试验研究平台综述[J]. 战培国. 飞航导弹. 2016(11)
[7]3m×2m结冰风洞总压探针和皮托管研制[J]. 祖孝勇,张林,肖斌,朱世民. 实验流体力学. 2016(04)
[8]结冰风洞试验段水滴分布特性分析[J]. 易贤,郭龙,符澄,张海洋,周志宏,彭强. 实验流体力学. 2016(03)
[9]利用自然低温的风力机结冰风洞实验系统设计[J]. 李岩,王绍龙,郑玉芳,刘钦东,冯放,田川公太朗. 实验流体力学. 2016(02)
[10]结冰风洞环境对喷嘴雾化特性的影响初步研究[J]. 符澄,彭强,张海洋,王超,吴盛豪. 实验流体力学. 2015(03)
博士论文
[1]机翼结冰模拟中关键问题的研究[D]. 孟繁鑫.南京航空航天大学 2013
[2]飞机结冰数值计算与冰风洞部件设计研究[D]. 孙志国.南京航空航天大学 2012
本文编号：3392032
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