帳篷風載實驗風洞初步方案

1                      概述

1.1                      項目信息

項目名稱：帳篷風載實驗風洞

建設(shè)單位：XXX公司

建設(shè)地點：國內(nèi)

數(shù)量：1套

1.2                     帳篷測試風洞 建設(shè)內(nèi)容

帳篷風載實驗風洞包括流風道（風洞洞體）、風機及動力系統(tǒng)、淋雨系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等4套子系統(tǒng)，上述子系統(tǒng)為一期建設(shè)，預(yù)留轉(zhuǎn)盤、冰凌及砂塵系統(tǒng)位置，待二期建設(shè)，此外還將提供培訓服務(wù)。由客戶提供該風洞所需的配套廠房，我方提供土建工藝布局設(shè)計輸入，供客戶土建設(shè)計方進行詳細設(shè)計，以滿足廠房的約束條件。項目所需的壓縮空氣（如有）、儀表氣（如有）、自來水、電等由客戶提供，配套廠房的土建等具體建設(shè)需求在設(shè)計階段我方根據(jù)風洞設(shè)計方案提出。

表 1?1項目主要建設(shè)內(nèi)容

1.3                      帳篷測試風洞建設(shè)項目周期

本項目的建設(shè)總周期為10個月。

本項目實施過程中，對各階段分為：合同簽訂、詳細設(shè)計、土建圖紙?zhí)峤弧⒉少徏庸ぶ圃臁⒃O(shè)備進場、設(shè)備安裝與調(diào)試、最終驗收共7個階段。

注：風洞建設(shè)需要土建廠房及配套條件，項目周期是以土建廠房具備施工條件為前提條件。

1.4                      甲方需提供的硬件條件

1.4.1                      場地需求

客戶提供場地，所需要廠房面積將在設(shè)計階段提出。

1.4.2                      能源需求

l                      現(xiàn)場環(huán)境條件：

環(huán)境溫度：廠房內(nèi)溫度0℃～30℃；

環(huán)境濕度：相對濕度：30%～95%；

l                      廠房提供供電電源：

廠房提供用電電壓AC690V和AC380V兩種用電，其中AC690V用電功率約為650kW，AC380V用電功率約為30kW。

l                      廠房供水：

廠房（甲方）配備自來水，初步供水能力如下：

壓力： 市政用水，供水壓力0.2MPa；流量：25m3/h。

注：以上為初步預(yù)估，需要以詳細設(shè)計數(shù)據(jù)為準。

l                      廠房供壓縮氣：

6.3m3/min，出口壓力：8bar。

1.5                      付款條件

我方期望的付款條件如下：

（1）                      合同生效后7個工作日內(nèi),甲方預(yù)付合同總價款的30%,乙方同時開具等額的13% 增值稅專用發(fā)票。

（2）                      乙方主要設(shè)備完成工廠驗收，具備發(fā)貨條件，甲方7個工作日內(nèi)付合同總價款的30%，乙方同時開具等額的13% 增值稅專用發(fā)票，并發(fā)貨到安裝現(xiàn)場。

（3）                      完成安裝調(diào)試驗收合格后7個工作日內(nèi), 甲方支付合同總價款的40%,乙方同時開具合同總價款剩余額度的13%增值稅專用發(fā)票。

2                      技術(shù)指標

l                      風洞形式：直流3/4開口下吹式

l                      試驗段：5.0m×2.4m×12m

l                      空風洞風速范圍：2-40m/s

l                      測量控制系統(tǒng)：包含控制、測量、軟件系統(tǒng)。

3                      總體方案

風洞按需求設(shè)計為直流下吹式風洞，試驗段為3/4開口、外包駐室的形式，試驗段的氣動截面為寬5.0m×高2.4m的矩形，試驗段長12.0m。常溫時空風洞狀態(tài)下最大設(shè)計風速為40.0m/s。

總體方案如下圖所示。

圖 3?1 總體氣動輪廓圖

風洞總長約44m，寬8m，高4m，風洞洞體采用碳鋼材料，洞體做防銹蝕處理，風洞流道由進口段、動力段、第一擴散段（出口具有導(dǎo)流格柵）、穩(wěn)定段、收縮段、開口試驗段、第二擴散段、出口段等組成。各部段通過支座固定在地面基礎(chǔ)上，動力段通過減振器置于地面上方，風洞中心軸線距離地面為1.20m。

風洞試驗段采用3/4開口形式，底部為實壁，頂部、兩個側(cè)面開口，試驗段位于駐室內(nèi)部。駐室長15m×寬9m（駐室由客戶土建方提供），駐室單側(cè)設(shè)有大門，便于帳篷等被測件的進出。

4                      子系統(tǒng)初步方案

4.1                      流道

風洞結(jié)構(gòu)采用符合氣動輪廓要求的薄壁殼體結(jié)構(gòu)形式，流道呈水平臥式布置，流道各部段通過各種類型支座或直接固定在基礎(chǔ)上，動力段設(shè)置獨立隔振基礎(chǔ)。為保證流道的密封性能，流道各部段采用法蘭或焊接連接，整個流道各部段采用統(tǒng)一的顏色防腐漆，保證整體美觀。

圖 4?1流道三維結(jié)構(gòu)

4.2                      風機系統(tǒng)

風機系統(tǒng)（即動力系統(tǒng)）為軸流風機，為風洞提供各種試驗條件下風洞運行所需要的能量，是風洞的重要組成部分，風機位于試驗段氣流來流前方。風機位于動力段內(nèi)，動力段尺寸為Ф3200mm×6000mm。

風機系統(tǒng)包括動力系統(tǒng)洞體部段（動力段）、風扇系統(tǒng)（包含風扇槳葉、整流罩和止旋片等），核心部件是風扇系統(tǒng)，風機擬使用14片葉片，內(nèi)有整流裝置，所需總電機功率630kW。風機系統(tǒng)如下圖所示。

圖 4?2風機系統(tǒng)示意圖

4.3                      淋雨系統(tǒng)

淋雨系統(tǒng)組成具體包括噴嘴、噴淋架、水泵、閥門、流量計、水處理設(shè)備以及管路、控制子系統(tǒng)。淋雨系統(tǒng)工作時，基于PLC編程變頻器控制水泵電機的供電頻率，通過流量控制和壓力控制調(diào)節(jié)雨量大小，穩(wěn)定淋雨強度。采用噴嘴噴射的方式進行淋雨模擬，用水經(jīng)過過濾器，去除顆粒雜質(zhì)，確保淋雨噴嘴不發(fā)生堵塞。變頻水泵穩(wěn)壓送水，采用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)支管路的流量，利用流量計監(jiān)測主管路和支管路的流量，消除測量誤差，實現(xiàn)系統(tǒng)流量的精確調(diào)節(jié)。通過電磁閥控制噴嘴端管路的打開和關(guān)閉，噴嘴端的水壓和水流量不同組合形成淋雨實驗所需的不同雨強。結(jié)冰系統(tǒng)和淋雨系統(tǒng)共用主水管路，并集成在同一終端上，系統(tǒng)原理如下圖所示。

淋雨系統(tǒng)利用空壓機系統(tǒng)提供的壓縮空氣實現(xiàn)吹掃功能，待試驗結(jié)束后，開啟壓縮空氣吹盡管路中的殘留水跡，避免管路生銹。

圖 4?3 淋雨系統(tǒng)原理圖

4.4                      測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)通過設(shè)置的現(xiàn)場儀和各子系統(tǒng)控制器，對設(shè)備各系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，不僅可以對風洞參數(shù)進行實時測量，還可以將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過控制器和上位計算機的綜合處理與邏輯判斷，發(fā)給各執(zhí)行設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，包含風速控制系統(tǒng)和必要的實驗數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等。

圖 4?4測控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)盤通過PLC系統(tǒng)及軟件自動控制，如下圖所示。

圖 4?5風速轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)圖

風速變量通過PLC系統(tǒng)及軟件自動控制，如下圖所示。

圖 4?6風速系統(tǒng)控制原理

5                      項目服務(wù)

5.1                      人員培訓

我方擁有專業(yè)化的設(shè)備研發(fā)團隊、設(shè)備運營維護團隊，在培訓方面，我方將根據(jù)客戶的實際情況和對風洞試驗技術(shù)的了解與掌握，組織具有豐富試驗經(jīng)驗和具有較高理論水平的專家對現(xiàn)場的應(yīng)用管理人員進行培訓。保證接受培訓人員培訓結(jié)束后能夠獨立進行試驗操作，能夠進行日常維護與保養(yǎng)。

5.2                      售后服務(wù)

由專業(yè)團隊負責風洞及相關(guān)設(shè)備售后服務(wù)，12個月質(zhì)保期，對于使用過程中出現(xiàn)的問題在24小時內(nèi)給予解答；對后續(xù)風洞試驗技術(shù)發(fā)展提供必要的合作咨詢、指導(dǎo)。

6                      系統(tǒng)預(yù)留擴展

轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)、噴砂系統(tǒng)及冰凌系統(tǒng)僅預(yù)留位置，后期考慮建設(shè)。

6.1                      轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)

試驗段設(shè)有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤主要用于實現(xiàn)試驗件的迎風面角度變化，試驗時試驗件置于轉(zhuǎn)盤上，保證試驗件迎風面距離砂塵噴射出口在3m左右。

轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)軸承、回轉(zhuǎn)軸承蓋板以及驅(qū)動系統(tǒng)組成。回轉(zhuǎn)軸承蓋板直徑為5m，可承重1000kg，轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)的控制速度為2°/s，角度范圍-180°～180°，控制精度3′。

圖 6?1轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)

6.2                      噴砂模擬

系統(tǒng)采用主動加砂加塵方案，利用高壓空氣驅(qū)動儲罐內(nèi)的砂塵以一定的速度從布置在風場噴口附近的數(shù)個噴嘴中噴出，并通過風場氣流的裹攜作用和砂塵顆粒的布朗運動擴散到氣流空間中形成穩(wěn)定均勻的砂塵場。

砂塵模擬系統(tǒng)的工作原理是噴嘴把砂以一定的速度噴射到氣流場中，通過固體顆粒在氣流場中布朗運動作用完成擴散，并通過氣流攜裹作用運送到試驗區(qū)域，形成較為均勻的氣固兩相流流場。

砂塵場的濃度是通過控制單位時間內(nèi)噴射到氣流場中的砂塵的質(zhì)量完成的。均勻性保證主要由砂塵的布朗擴散作用原理來實現(xiàn)，由于擴散需要一定的距離，因此噴嘴與試驗件的距離比較重要，另外由于砂的顆粒度較大，重力作用較為明顯，噴嘴的噴射方向和角度需考慮重力影響作用。

圖 6?2 砂塵模擬系統(tǒng)工作原理圖

向風場中加砂和調(diào)節(jié)噴射速度是通過噴射器實現(xiàn)的，噴射器由壓縮空氣產(chǎn)生的正壓空氣流經(jīng)噴射器時產(chǎn)生吸力，抽吸走位于噴射器上方的物料，并使之在正壓氣動輸送系統(tǒng)中噴射砂塵。

砂塵模擬系統(tǒng)主要包括砂塵氣力輸送噴射系統(tǒng)與濃度控制系統(tǒng)兩部分。砂塵噴射系統(tǒng)主要包含噴射器、噴射管路、噴嘴等；濃度控制系統(tǒng)包含粉塵濃度儀、電子流量秤、螺旋喂料器以及PLC控制系統(tǒng)。

砂塵模擬系統(tǒng)工作時，加料設(shè)備將砂塵加注到秤斗內(nèi)，流量秤開始按照設(shè)定流速開始排料，排料機用變頻器控制調(diào)解。為了適應(yīng)不同濃度要求的控制，流量秤排料采用螺旋輸送喂料。

圖 6?3 噴射器結(jié)構(gòu)圖

噴射系統(tǒng)啟動后，濃度儀在線檢測實際濃度值，我們獲得實測濃度與設(shè)定值的差值，以此實測差值為依據(jù)，在小范圍內(nèi)進行緩動的滯后線形調(diào)解，電子秤根據(jù)要求的流量變化，參照實際檢測的流量來計算與調(diào)解合理的加料頻率變化。這種雙閉環(huán)串級調(diào)節(jié)，連續(xù)進行并最終穩(wěn)定在設(shè)定濃度處。

6.3                      冰凌模擬

冰凌系統(tǒng)用于在風洞內(nèi)實現(xiàn)冰晶/冰雹試驗的模擬，需要在低溫條件下進行模擬，對于本項目，采用直流風洞，因風洞與外界大氣相通，實現(xiàn)低溫條件所需能耗過高，不具有可行性。

考慮到試驗?zāi)M的相似性，本項目采用不同粒徑的顆粒物來實現(xiàn)近似模擬，采用氣力輸送的方式進行冰凌粒子的近似模擬。

模擬冰凌粒子氣力輸送系統(tǒng)主要包括氣力輸送設(shè)備、加料設(shè)備和濃度控制系統(tǒng)等。氣力輸送設(shè)備和加料設(shè)備用于在加料段形成能夠滿足試驗要求的氣固兩相流。

濃度控制系統(tǒng)主要用于調(diào)節(jié)噴入循環(huán)風道中的粒子量，將粒子濃度控制在滿足試驗要求的范圍內(nèi)。在試驗段進口風道處安裝粒子濃度傳感器，進行粒子濃度實時測量，依據(jù)測量數(shù)據(jù)改變粒子量，將粒子濃度控制在設(shè)定值范圍內(nèi)。總體方案與噴砂系統(tǒng)原理一致。如下圖所示。

圖 6?4冰凌粒子噴射系統(tǒng)原理圖