直流式低速風洞試驗平臺構建及全流場氣動特性研究.pdf

1、風洞（wind tunnel），是通過人工產生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，研究氣流對物體的作用并觀察物理現象的一種管道狀實驗設備，它是進行空氣動力試驗最常用、最有效的工具。風洞試驗段的流場品質會直接影響風洞實驗結果的準確性和可靠性，所以在開展空氣動力學實驗研究工作之前對風洞內部流場品質進行檢測和驗證是非常必要的。
　　風洞主要包括試驗段、穩(wěn)定段、收縮段、擴散段、風扇段等洞體部分以及蜂窩器、阻尼網、整流罩等內部構件

2、。本文針對試驗段尺寸為500mm×300mm的直流式低速風洞進行結構設計和三維全流場數值模擬仿真，重點圍繞對風洞流動特性影響較大的收縮段和風扇系統展開研究。直流式低速風洞的氣動特性研究，主要是對不同結構參數的模型進行數值模擬仿真，根據對計算結果進行分析與比較，選擇性能最好的結構。
　　在結構設計部分：收縮段曲線采用雙三次曲線和維氏公式兩種方法，獲得兩組收縮段結構參數，并利用三維繪圖軟件Solidworks[1-2]分別建立收縮段模

3、型；風扇葉片和止旋片葉片翼型分別選用Clark Y翼型和標準NACA0020翼型；設計出葉片數目分別為5、7、9，安裝角分別為35°、40°、45°的幾組不同風扇結構，利用Solidworks軟件完成各結構建模；根據整流罩氣動外形曲線公式，利用 Matlab編程法，獲得整流罩頭罩和尾罩曲線。在數值模擬計算部分：利用Gambit網格劃分和Fluent流體力學分析軟件，對風洞各部分及整個實驗平臺進行流場特性分析，獲得諸如湍流強度、速度、壓力

4、、流場跡線圖等流動特性參數。本文通過對不同結構參數模型進行數值模擬計算，根據計算結果分析和比較，最終確定：雙三次收縮段比維氏收縮段結構流動特性好；風扇葉片為5，安裝角為35°的風扇系統流場特性最好。最后驗證直流式低速風洞試驗平臺全流場特性，得到試驗段湍流強度小于2％，平均風速能夠達到22m/s，可以滿足試驗段對湍流度和風速的要求，從而設計出流場品質符合要求的直流式低速風洞實驗平臺。
　　本文旨在研制出一座經濟、實用的低速小型風洞實