风洞的测试原理

作为thermal engineer, 与风洞打交道的机会可不少。风洞经常用于测试风扇的PQ曲线和系统阻抗曲线,下面是自己收集的一些对风洞测试的总结:

风洞示意图:


测试FAN PQ时
P1-Patm就是风扇的静压。
通过计算喷嘴两侧的压差ΔP来求得流量。
测试系统阻抗曲线时
P1-Patm就是系统的压降。
通过计算喷嘴两侧的压差ΔP来求得流量。
根据AMCA210-99标准,里面的喷嘴量测的整流罩(settling screens)与喷嘴的距离是有严格规定的。喷嘴的大小也是有标准的。
风量的测量原理:

Cd : 喷嘴的排气系数discharge coefficency
An :喷嘴的面积
β :dt/D
Y :膨胀因子,计算如下

γ:空气的定压热容与定体积热容之比,一般取1.4。
α:喷嘴进口与出口的静压比
β :dt/D
Cd(含义是排气系数)和雷诺数的关系如下:

所以求风量的步骤如下:

系统阻抗曲线绘制原理:

根据公式ΔPsys=c*Q2来取不同的坐标点。
如果已经取得一系列的点,如何得到拟合曲线呢?在excel里面有趋势线拟合的功能,可以自动添加,系统自动计算出最符合各个点的曲线方程来。一般所有的曲线都可以用多项式来表达,比如这个:


但是,这样一来,Q为0时,压降不为零,系统1的压降反而为负数。这是不合理的。
所以一般用这种拟合(同样的数据):


一般电源的系统阻抗曲线可以用ΔP=K*Qn来表示,n为1.8-2.0之间。

[参考]:

关于喷嘴的discharge coefficent的资料:
Performance of Conical Jet Nozzles in Terms ofDischarge Coefficient
NASA 的文章
spraying system 公司 的分析

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