基于风洞实验的风机欠条件下的测试研究

罗天敏 赵涛涛

运用风洞实验为基础模型,结合湍流N-S模型,通过EULER法对流场加速度表达式进行简化,建立简化模型,在欠条件下对风机进行测试,通过理论和工业验证其正确性,最终为风机测试提供了一种的新方法,可应用于实际工程生产。

关键词:风洞实验通风机风量测试

中图分类号:TM315 文献标识码:A 文章编号1672-3791(2012)05(b)-0002-01

风洞实验是建立在相似理论和误差理论基础上的一项复杂的空气动力实验,源于1891年韦纳姆(F·H·Wenham)建造的世界上第一座风洞,近20年来得到了飞速的发展,主要应用在航空航天领域,为新型气动概念的研究发挥巨大的作用。本文借鉴风洞实验中进气道实验的理论方法,在测试风速超过仪器量程的情况下,为了保护仪器,同时满足测试要求,最重要的是保证测试数据的准确性和测试结果的合理性,根据空气流动的速度场的分布规律,采用多头风速仪分点布置,避免了中心风流的超速问题,保证了测试工作的顺利进行。

1 模型及简化

进气道实验最早是用在飞行器模拟的实验,在飞机的机翼进风筒布置相应的传感器,对进气道的流量进行调节,从而对气体特性进行分析研究,根据微分形式的动量方程。

在三维流动里,三个方向的加速度均为速度分量与同一方向的导数之乘积,在直圆管中的定常流,流速在一个截面上是不均一的,中心大,边上小,同时这种分布在各截面都一样,这时只有u,且u=u(y).u不是x的函数,在这种流动里,当地加速度和迁移加速度都是零。此时,风筒中的气体流动满足牛顿粘性定律,流体在摩擦阻力的作用下,流体内部的摩擦应力τ和速度梯度的关系为:

…………………………(1)

不同介质的值各不相同,同一种介质的值则随温度的变化而变化,值与压强基本无关。

金川二矿的14行风井为两台风机(型号为BDK—8—№30)并联抽出式对旋通风,两台风机分别通过各自的风硐与14行回风井直接相连,根据现场实际情况结合相关的理论知识,最终决定改变测试的布点方式,从巷道中心往两侧布点,共布点9个,两侧间距分别0.84m、1.08m、1.28m和1.45m。

测风位置设在风硐平直段内,距闸门调阻位置和井筒位置均在25米处,风流平直稳定,风速测量较为准确。

主要测风方法为多头风速仪直接测风。在风硐断面安装一个十字型的角铁架,断面积S=πD2/4=3.14*3.052/4=7.30 m2,去掉角铁架面积,取净断面积为7.07 m2。

2 数据整理计算

根据测试整理取其中四点测点的数据进行计算:测点3479的速度分别为24.7m/s、23.5m/s、36.4m/s、29.0m/s

1、根据牛顿内摩擦力公式计算各点风速,……………………(2)

式中:F—流层间的内摩擦,N

—与流体种类有关的比例系数,称为动力粘度,Pa·s;

A—流层间的接触面积,m2;

流速沿垂直于流动方向的变化率,即速度梯度,l/s

单位面积上的内摩擦力(切应力)为:………………………(3)

式中:—单位面积上的内摩擦力,Pa.。—标准大气压和不同温度下空气的动力粘度和运动粘度,实测温度为20.2摄氏度。查表并用插值法计算得=18.25Pa·s:通过计算得:

1#风机的风速分别为(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#风机的风速分别为(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 数据回归计算

考虑气体从壁面到中心各点速度呈线性变化,利用已知每个管道两个测试点的速度进行线性拟合。假设到壁面距离为x处的速度为y,则y=a+bx。利用测试点速度数据进行拟合得到a和b的值,由此可以得到其它距离各点处的速度y。(如表1表2)

通过计算和线性拟合检验得出的两组数据误差很小,数据处理正确合理。

根据Q=VS…………(4)

式中:Q--风量(m3/s);

V—风速(m/s);

S—巷道断面:7.03m2;

计算得:1#回风井的平均风速V=25.0m/s;2#回风井的平均风速V=33.9m/s;

合算风量:

1#风机的总风量为:Q1=175.75m3/s;2#风机的总风量为:Q2=238.32m3/s

总风量为:Q总=Q1+Q2=414.1m3/s

经过工业验证,金川二矿的实际用风量为420m3/s左右与现场生产实际相符。

4 结论

风机测试方法随着科学技木的发展日新月异,除了提高测试仪器的准确度和实用性外,新的测试方法也应该是提高风机测试的一种新的向导,本文根据金川二矿现场情况,结合测试仪器的局限性,创造性的设计和运用欠条件下的风量测试方法,通过现场验证表明其正确性,测试方法具有更远的拓展性,应用前景非常广泛。