风洞是一种空气动力学的实验设备,在燃气轮机[1]、化工设备以及航空等领域的实验中已被广泛使用[2-3]。近年来国内研制了大量实验用风洞[4-6]。由于现代航空技术不断的突破,涡轮进口气体温度不断提高,高温且复杂的气体流动实验已经无法依靠理论和常温风洞进行。以往的针对航空航天技术的风洞则倾向于将实验理想化,将工况变为冷态[7-8]。但是仅有能够提供高温流场的风洞才能使实验贴近真实工况。由于常用的测温工具热电偶仅能测量单点温度,因而无法对整个温度场进行描述,并且在多点布置时容易对流场造成影响,增大误差。近年来,国内广泛采用瞬态液晶技术[9]和压敏漆(PSP)等非接触式手段进行测量,但是这些测量方式测温范围小。因此,在风洞实验段搭载非接触式测温设备红外热像仪测温有着较好的使用价值和实际工程意义。

本文提出了搭载红外热像设备的低速高温风洞的设计及性能测试以及搭载红外热像仪的实验段的设计以及性能测试方案,以期为研制低速高温风洞提供一定的参考价值。

1 风洞技术参数的确定

风洞的技术参数根据使用要求确定:① 主流温度t需要达到并稳定在200 ℃,静压Ps≈0.1 MPa,实验风速需达到30 m·s-1以上;② 出口截面积与实验段面积须接近且不宜过大;③ 风洞有特殊性,实验对象为主流湍流度高的高温部件(主流湍流度为10%以上的实验件),主流温度不稳定度低于1%,流速的不稳定度低于10%;④ 设计制作完成后须对风洞的流速进行校核以验证其可用性。对风洞的加热设备需要进行校核以检验高温时主流温度的不稳定性。

2 风洞气动设计

2.1 风洞组成

根据总体需求进行可行性计算并确定风洞尺寸。风洞由动力段(压缩机)、加热段(电加热器、气-气换热器)、扩散段、稳定段和收缩段构成。由于需要进行高温实验,需要在动力设备后加装电加热器,而实验中尾气温度较高,为节省能源,设置气-气换热器预热入口气流。

电加热器最大加热功率为100 kW,额定电压为380 V,共有加热功率分别为50 kW(8支加热管)、25 kW(9支加热管)、16.7 kW(6支加热管)和8.3 kW(3支加热管)的四组加热组件。风洞动力由螺杆式空气压缩机提供。空气依次经过储气罐、精密空气过滤器、冷干机进入实验系统。两台空气压缩机的功率分别为75 HP(55 kW)和150 HP(110 kW),工作压力为0.9 MPa,单机输出流量分别为900、1 800 kg·h-1。储气罐工作压力为1.0 MPa,容积为2 m3。风洞整体轮廓及设备示意图如图1所示。

2.2 收缩段收缩曲线和收缩比

收缩段为风洞均匀加速气流、降低湍流度使气体流速符合实验所需,其长度适中,以免气流发生分离。实际应用中为保证其性能,收缩段长度L的取值在(0.5～1.0)D1,其中D1为收缩段入口直径。收缩曲线常用的有双三次、维氏和移轴维氏曲线。根据不同曲线的特点[10]和实际风洞工况,并考虑到双三次曲线入口收缩平滑,速度均匀,采用双三次曲线作为收缩段型面曲线,其中两曲线前后连接点xm=0.5。收缩方程式为

 

(1)

  

图1 风洞整体轮廓及设备示意图Fig.1 Whole profile of the wind tunnel and its schematic diagram

式中:D2为收缩段出口截面半径,m;x为轴向距离,m;D为x处的截面直径,m。

依据国内外常规低速风洞的设计经验,收缩比通常设计为7～10。为了满足本实验风洞运行的要求,采用收缩比为9,即进、出口面积比为9。

上千辆ofo小黄车被堆放在市区一处临时停车场墙角，这些ofo小黄车大多因损坏而不能使用，等待运营公司前来处理。

祝驿楠 男，1997年出生于浙江杭州，现为浙江工业大学计算机学院本科生，研究方向包括可充电传感器网络、无线自组织网络等.

2.3 实验段

实验段截面采用矩形,截面高大于宽,这有利于二元模拟实验,并为实验台改造,安装单个叶片、燃烧室部件或进行叶片气膜冷却实验作准备。实验段截面当量直径

 

(2)

式中:Tmax、Tmin为分别为最高温度、最低温度,℃为平均温度,℃。

参考文献:

汪处长几个你望望我我望望你，不知道是说了好还是不说了好。这样耽误有时，刚才打周教授的日本兵就火了，说八嘎，不说死啦死啦的。

  

图2 实验段Fig.2 Test section

2.4 稳定段蜂窝器和阻尼网

稳定段设计包括截面和湍流衰减装置设计。在收缩段前设置蜂窝器、阻尼网以降低湍流度,保证气流品质。稳定段长度设计为600 mm。蜂窝器采用薄的不锈钢板进行交叉布置,强度高且耐高温。稳定段中阻尼网开孔率β(对于低湍流度风洞β应为0.57)为0.64,网丝直径d为0.25 mm。β计算式[11]为

 

(3)

式中:Ah为阻尼网开孔面积,m2;A0为阻尼网总面积,m2;B为网孔宽度,mm。

加工后的蜂窝器如图3所示。

实验段两侧开矩形孔,实验板内表面开槽,使其与实验段内壁面平行。其结构参数为:截面a×h为75 mm×100 mm,D0=75 mm,L=400 mm。实验段空气流速大于30 m·s-1,t为常温至200 ℃,静压Ps≈0.1 MPa。实验板处安装蓝宝石玻璃和支架以搭载红外热像仪测温。加工后的实验段如图2所示。

  

图3 蜂窝器Fig.3 Honeycomb

2.5 扩散段

扩散段将气流动能转化为压力能。沿气流方向,气流速度降低,截面尺寸增大。气动损失ΔP0为

 

 

(4)

式中:A1为进口截面积,mm2;A2为出口截面积,mm2;q1为进口截面动压,Pa;θ为扩散段全扩散角;λ为摩擦损失系数。

扩散角在小于7°时可以避免气流分离,且理论上可证明最佳扩散角为4°～5°[12]。常规低速风洞设计时θ≤5°。本风洞扩散角为5°。

2.6 温控设备

温控设备为由东方四通有限公司提供的KT系列晶闸管调压器。该设备可以设置为手动调整加热功率或自动设定目标温度,通过调节输入电压和电流对空气进行加热,并在主流温度达到设定温度时切换至低功率进行保温。自动控制面板为日本岛电公司生产的SR93型温控仪,整定后设定报警温度上、下限即可使用。

3 风洞流场校测

3.1 气流稳定性

利用毕托管对流场湍流度和均匀性进行测量。气流速度、温度测量装置示意图如图4所示。采样时间为1 h,采样间隔为5 min,校测时测点共有3个,沿Y方向依次向上,间距为5 mm,第一个测点离底面5 mm。为保证测量精确性,在实验段前模型区设置测量孔并在风机频率分别为20、30、40 Hz时测量动压并计算平均速度,其中20 、30 Hz为实验时常用频率,而40 Hz则为高速实验所需频率。

张三爷有和当时大部分武人同样的经历，保过镖、护过院、当过武师，但除此以外，他还有大多数武人没有的经历，他曾当过清朝练勇局的把总，宣统年间还护送过去西藏传诏的钦差。

实验时记录实验段空气温度以计算空气密度,即

 

(5)

式中:ρ0为0 ℃、101 325 Pa时的空气密度,kg·m-3;P为动压测量值,Pa;P0为101 325 Pa。

五、贵重物品存放保险柜。在外出时，贵重物品存放在饭店总台的保险柜中比放在房间里保险。一般饭店的总台都有这种保险柜，免费给客人存放贵重物品。外国的酒店很多都有规定，您的贵重物品如果在房间里丢失，他们并不负责赔偿。

风洞气流速度

 

(6)

  

图4 气流速度、温度测量装置示意图Fig.4 Schematic diagram of the velocity and temperature testing equipment

动压测量值和风洞气流速度计算值分别如图5(a)、(b)所示。

  

图5 动压测量结果和气流速度计算结果Fig.5 Test results of the dynamic pressure and calculation results of the velocity

本文利用空气动力学设计了低速高温风洞,并提供了具体的结构参数和轮廓设计方案。该风洞能够长时间、稳定地输出高品质气流。对高温工况下风洞气流进行温度校核,结果表明,风洞温控性能优异,能长时间输出恒定温度的高温气流,适用于高温部件的测量。本研究对于燃气轮机叶片及燃烧室部件或气膜冷却实验均具有较高的使用价值和指导意义。

 

(7)

式中:Vmax为最大气流速度,m·s-1;Vmin为最小气流速度,为平均气流速度,m·s-1。

 

表1 风洞气流速度稳定性测试数据Tab.1 Stability of the dynamic pressure and velocity in the wind tunnel

  

风机频率/HzP/PaV—/(m·s-1)ηv/%20100537.863.4030218253.404.7040417568.886.75

从表1中可以看出,风洞气流速度稳定性良好,符合设计需求。

3.2 主流温度及加热设备稳定性的测量

利用实验段内的高精热电偶测量冷态温度,测量时不开启加热装置,待系统稳定后观测读数,并记录1 h内温升。经测试,三种风机频率(20、30、40 Hz)下常温工作时实验段中心气流温度随风机温度升高而上升,1 h内实验段中心温升均小于15 ℃。

同样利用实验段内热电偶测量热态温度,测量时将风机频率设定为30 Hz(对应风速为55 m·s-1左右),待流速稳定后调节气流温度。主流温度分别设定为50、60、70、80、90、100、120、150、180、200 ℃,采样时间为1 h,每5 min记录热电偶测得的实验段中心温度,并与温控设备设定温度进行比较。

水手们都咧着嘴笑。他们心里有数。等到这批科学家派人来监视他的时候，他们也知道了。他们看到他在早饭以后萎靡不振地走着，而且会像叫化子似地，向一个水手伸出手。那个水手笑了笑，递给他一块硬面包，他贪婪地把它拿住，像守财奴瞅着金子般地瞅着它，然后把它塞到衬衫里面。别的咧着嘴笑的水手也送给他同样的礼品。

测量温度不稳定度

 

(8)

式中:a为实验件宽度,mm;h为实验件高度,mm;S为实验段入口截面积,mm2。

[3] PORTER J S,SARGISON J E,HENDERSON A D.Design and calibration of a facility for film cooling research[C]∥16th Australasian Fluid Mechanics Conference.Gold Coast,Australia:Crown Plaza,2007:87-92.

将加热设备调节至设定温度T1并记录数据,结果如表2所示。从表中可以看出,高温下气流的最不稳定工况为主流温度70 ℃、不稳定度0.29%,即在风洞设计许用温度下不稳定度均小于0.3%,小于设计规定的上限1%,温控性能优异,可利用该风洞开展高温部件测试实验。

2.变量间协整检验。前文分析可知，三个变量是一阶单整序列，本文推测ln（crmb）、ln（ix）、ln（ex）三者之间可能存在某种长期均衡关系。为进一步了解三个变量间的关系，选用Johansen协整检验法进行验证。

 

表2 风洞气流温度稳定性实验Tab.2 Stability of the air flow temperature in the wind tunnel

  

T1/℃5060708090100120150180200T—/℃50.02559.99270.01780.03390.033100.017120.025149.992180.017199.975ηT/%0.200.160.290.130.110.200.080.130.110.10

4 结 语

从图5(b)中可以看出,风洞气流速均匀。表1为风洞气流速度稳定性测试数据,其中气流不稳定度

分析评价：探究和说理通常从多个角度设置问题以考查学生的综合能力，是学生惧怕的内容，也是教学的难点。案例中，学生按照教师的要求重抄了一遍正确答案，但还是容易出错，或者根本就没有学会这种题的解法。究其原因是订正只停留在“改文字”上，没有真正理解科学本质之间的逻辑关系。

[1] 孙培锋,蒋志强.燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析[J].能源研究与信息,2013,29(1):6-10.

[2] SARGISON J E,WALKER G J,ROSSI R.Design and calibration of a wind tunnel with a two dimensional contraction[C]∥15th Australasian Fluid Mechanics Conference.Sydney,Australia:University of Sydney,2004:13-17.

绝对星等，是假定把恒星放在距地球32.6光年的地方测得的恒星亮度，它反映天体的真实发光本领。太阳的绝对星等约为4.83。

所有纳入文献均由2名评价员独立进行质量评价和资料提取，对有争议的地方都要通过第三者共同讨论决定纳入结果。根据Cochrane Handbook 5.1.1评价标准，严格评价纳入的文献。

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对于微弱信号检测，前置放大器是引入噪声的主要部件[2]。对于多级放大电路，电路整体噪声系数F的计算可根据弗里斯公式进行分析。弗里斯公式为：

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本文尝试从教师和学生两个群体角度，分析将思维导图应用于大学物理教学中的可行性和教学(学习)效果，通过思维导图这一教学辅助工具，从备课、授课、教学互动等多个方面提升教师教学技能，改善教育质量，提高教学有效性；从预习、听课、复习等多个过程提升学生自主学习能力，有效提高学生的学习有效性。思维导图在教师和学生中间教与学的过程中能够扮演者重要的帮手角色，对教学有效性的提高也能起到推动作用。