帳篷風(fēng)載實驗風(fēng)洞初步方案

1                      概述

1.1                      項目信息

項目名稱：帳篷風(fēng)載實驗風(fēng)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(fēng)洞 建設(shè)內(nèi)容

帳篷風(fēng)載實驗風(fēng)洞包括流風(fēng)道（風(fēng)洞洞體）、風(fēng)機(jī)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(xùn)服務(wù)。由客戶提供該風(fēng)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(jìn)行詳細(xì)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(fēng)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(fēng)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(xì)設(shè)計、土建圖紙?zhí)峤弧⒉少徏庸ぶ圃臁⒃O(shè)備進(jìn)場、設(shè)備安裝與調(diào)試、最終驗收共7個階段。

注：風(fēng)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(xì)設(shè)計數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

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(biāo)

l                      風(fēng)洞形式：直流3/4開口下吹式

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

l                      空風(fēng)洞風(fēng)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(fēng)洞按需求設(shè)計為直流下吹式風(fēng)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(fēng)洞狀態(tài)下最大設(shè)計風(fēng)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(fēng)洞總長約44m，寬8m，高4m，風(fēng)洞洞體采用碳鋼材料，洞體做防銹蝕處理，風(fēng)洞流道由進(jìn)口段、動力段、第一擴(kuò)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(kuò)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(fēng)洞中心軸線距離地面為1.20m。

風(fēng)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(jìn)出。

4                      子系統(tǒng)初步方案

4.1                      流道

風(fēng)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(fēng)機(jī)系統(tǒng)

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

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

圖 4?2風(fēng)機(jī)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(jī)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(qiáng)度。采用噴嘴噴射的方式進(jìn)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(qiáng)。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(jī)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(jìn)行實時監(jiān)測，不僅可以對風(fēng)洞參數(shù)進(jìn)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(jī)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(jìn)行控制，包含風(fēng)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(fēng)速轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)圖

風(fēng)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(fēng)速系統(tǒng)控制原理

5                      項目服務(wù)

5.1                      人員培訓(xùn)

我方擁有專業(yè)化的設(shè)備研發(fā)團(tuán)隊、設(shè)備運(yùn)營維護(hù)團(tuán)隊，在培訓(xùn)方面，我方將根據(jù)客戶的實際情況和對風(fēng)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(jìn)行培訓(xùn)。保證接受培訓(xùn)人員培訓(xùn)結(jié)束后能夠獨立進(jìn)行試驗操作，能夠進(jìn)行日常維護(hù)與保養(yǎng)。

5.2                      售后服務(wù)

由專業(yè)團(tuán)隊負(fù)責(zé)風(fēng)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(fēng)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(kuò)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(fēng)面角度變化，試驗時試驗件置于轉(zhuǎn)盤上，保證試驗件迎風(fēng)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(fēng)場噴口附近的數(shù)個噴嘴中噴出，并通過風(fēng)場氣流的裹攜作用和砂塵顆粒的布朗運(yùn)動擴(kuò)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(yùn)動作用完成擴(kuò)散，并通過氣流攜裹作用運(yùn)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(kuò)散作用原理來實現(xiàn)，由于擴(kuò)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(fēng)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(fēng)洞內(nèi)實現(xiàn)冰晶/冰雹試驗的模擬，需要在低溫條件下進(jìn)行模擬，對于本項目，采用直流風(fēng)洞，因風(fēng)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(jìn)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(fēng)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(jìn)口風(fēng)道處安裝粒子濃度傳感器，進(jìn)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