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一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法及其應用.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610065028.2

申請日:

2016.02.01

公開號:

CN105486482A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

公開

有效性:

審中

法律詳情: 公開
IPC分類號: G01M9/04; G06F17/50 主分類號: G01M9/04
申請人: 華北電力大學
發明人: 孫瑩; 秦利; 張景胤; 劉石
地址: 102206北京市昌平區朱辛莊北農路2號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610065028.2

授權公告號:

法律狀態公告日:

2016.04.13

法律狀態類型:

公開

摘要

本發明公開了一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法及其應用,將風洞收縮段外形劃分為三個部分,分別是矩形曲線與兩條不同的維托辛斯基曲線,從而獲取內徑變化段曲線;建立三維坐標系,然后確定第一條維托辛斯基曲線、第二條維托辛斯基曲線與確定矩形曲面;將第一條維托辛斯基曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面A,與矩形曲面在上下兩個表面共有兩條交線,通過相交曲線舍去變徑段多余的面;第二條維托辛斯基曲線采用同樣的方法;即確定風洞實驗內徑變化段曲線。本發明能夠實現入口截面為圓,出口截面為矩形的收縮段曲線的連接,能夠實現氣流從收縮段入口平滑過渡到實驗段入口的目的,盡可能減少分流和能量損失。

權利要求書

1.一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法,其特征在于,具體步驟如下:
(1)將風洞收縮段外形劃分為三個部分,分別是矩形曲線與兩條不同的維托辛斯基
曲線,從而獲取內徑變化段曲線;
(2)建立三維坐標系,以風洞變徑段入口和變徑段出口的截面中心點的連線為x軸,
變徑段出口方向為x軸正方向,變徑段入口截面中心點位于坐標原點,原點正上方為y軸
正方向,原點正前方為z軸正方向;
(3)確定第一條維托辛斯基曲線: y 1 = R 2 2 1 - [ 1 - ( R 2 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 , ]]>
R1為變徑段入口截面半徑,R2為變徑段出口矩形截面外接圓的截面半徑,矩形寬為
a,高為b,a>b;0≤x≤l;z=0,l為變徑段長度;
(4)確定第二條維托辛斯基曲線: y 2 = R 3 1 - [ 1 - ( R 3 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 ]]>
R3為在變徑段出口矩形內部與兩條寬邊相切的圓的半徑,R3=b/2;0≤x≤l,z=0;
(5)確定矩形曲面:y=±b/2,-a/2≤z≤a/2,0≤x≤l和z=±a/2,
-b/2≤y≤b/2,0≤x≤l;
(6)將第一條維托辛斯基曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面A,與步驟(5)中矩形
曲面在上下兩個表面共有兩條交線,通過相交曲線舍去變徑段多余的面;同理,將第二條
維托辛斯基曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面B,它與矩形曲面左右表面共有兩條相交曲
線,通過相交曲線舍去曲面B被曲面A和矩形曲面包裹的部分;
(7)通過(3)~(6)步驟,即確定風洞實驗內徑變化段曲線。
2.根據權利要求1所述的風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法在收縮段入口截面為圓
和出口截面為矩形的風洞實驗裝置中的應用。

說明書

一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法及其應用

技術領域

本發明涉及流體動力領域,具體是一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法及其應
用。

背景技術

在目前的風洞試驗中,連接風機與風洞實驗段的通常是收縮段曲線,風洞收縮段的作
用是均勻加速氣流,以便于將實驗段的氣流加速到需要的流速,在上世紀40年代,人們
就對收縮段曲線設計研究,并得出多種收縮段曲線的算法。這些算法的共同點,為給定一
個軸向速度分布,根據理想流動的基本方程,計算出整個流場,選出在這個流場中滿足收
縮比要求的流線作為收縮段。為簡化計算,目前收縮段曲線中比較常用的有維托辛斯基曲
線,維托辛斯基移軸曲線等。這些曲線在針對入口和出口截面都為圓的收縮段適用性很好,
但是在實際風洞設計過程中,這些常用曲線并不完全適應于實驗段入口為長方形,內徑變
化段入口為圓的設計研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能減少分流和能量損失的風洞實驗內徑變化段曲線的確
定方法及其應用,以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:

一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法,具體步驟如下:

(1)將風洞收縮段外形劃分為三個部分,分別是矩形曲線與兩條不同的維托辛斯基
曲線,從而獲取內徑變化段曲線;

(2)建立三維坐標系,以風洞變徑段入口和變徑段出口的截面中心點的連線為x軸,
變徑段出口方向為x軸正方向,變徑段入口截面中心點位于坐標原點,原點正上方為y軸
正方向,原點正前方為z軸正方向;

(3)確定第一條維托辛斯基曲線: y 1 = R 2 2 1 - [ 1 - ( R 2 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 , ]]>

R1為變徑段入口截面半徑,R2為變徑段出口矩形截面外接圓的截面半徑,矩形寬為
a,高為b,a>b;0≤x≤l;z=0,l為變徑段長度;

(4)確定第二條維托辛斯基曲線: y 2 = R 3 1 - [ 1 - ( R 3 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 , ]]>

R3為在變徑段出口矩形內部與兩條寬邊相切的圓的半徑,R3=b/2;0≤x≤l,z=0;

(5)確定矩形曲面:y=±b/2,-a/2≤z≤a/2,0≤x≤l和z=±a/2,
-b/2≤y≤b/2,0≤x≤l;

(6)將第一條維托辛斯基曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面A,與步驟(5)中矩形
曲面在上下兩個表面共有兩條交線,通過相交曲線舍去變徑段多余的面;同理,將第二條
維托辛斯基曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面B,它與矩形曲面左右表面共有兩條相交曲
線,通過相交曲線舍去曲面B被曲面A和矩形曲面包裹的部分;

(7)通過(3)~(6)步驟,即確定風洞實驗內徑變化段曲線。

所述風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法在收縮段入口截面為圓和出口截面為矩形
的風洞實驗裝置中的應用。

與現有技術相比,本發明的有益效果是:

本發明能夠實現入口截面為圓,出口截面為矩形的收縮段曲線的連接,解決了現有技
術只適應于收縮段入口和出口截面均為圓的風洞實驗裝置,不適用于收縮段入口為天圓地
方的連接的問題。并且,能夠實現氣流從收縮段入口平滑過渡到實驗段入口的目的,盡可
能減少分流,和能量損失。

附圖說明

圖1是本發明實施例風洞實驗內徑變化段收縮段;

圖2是圖1的俯視圖;

圖3是圖1的主視圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯
然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的
實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都
屬于本發明保護的范圍。

實施例1

請參閱圖1-3,本發明實施例中,一種風洞實驗內徑變化段曲線的確定方法,具體步
驟如下:

(1)本發明方法將風洞收縮段外形劃分為三個部分,分別是矩形曲線和兩種不同的
維托辛斯基曲線,獲取內徑變化段曲線;

(2)建立三維坐標系,以風洞變徑段入口和出口的截面中心點的連線為x軸,變徑
段出口方向為x軸正方向,變徑段入口點位于y軸正半軸上,x軸與y軸的交點為原點;

(3)確定第一條維托辛斯基曲線: y 1 = R 2 2 1 - [ 1 - ( R 2 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 , ]]>

R1為變徑段入口截面半徑,R2為變徑段出口矩形截面外接圓的截面半徑,矩形寬為
a,高為b,,a>b;0≤x≤l;z=0,l為變徑段長度。

(4)確定第二條維托辛斯基曲線: y 2 = R 3 1 - [ 1 - ( R 3 2 / R 1 2 ) ] · ( 1 - x 2 / l 2 ) 2 / ( 1 + x 2 / 3 l 2 ) 3 ]]>

R3為在變徑段出口矩形內部與兩條寬邊相切的圓的半徑,R3=b/2;z=0。

(5)確定矩形曲面:y=±b/2,-a/2≤z≤a/2,0≤x≤l和z=±a/2,
-b/2≤y≤b/2,0≤x≤l。

(6)將第一條曲線繞x軸旋轉一周得到完整曲面A,與(5)中矩形平面在上下兩個
表面共有兩條交線,通過相交曲線舍去變徑段多余的面;同理,將第二條曲線繞x軸旋轉
一周得到完整曲面B,它與矩形左右表面共有兩條相交曲線,通過相交曲線舍去曲面B被
曲面A和矩形曲面包裹的部分;

(7)通過(3)~(6)步驟,即可得到確定風洞變徑段曲面形狀。

對于本領域技術人員而言,顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節,而且在不背
離本發明的精神或基本特征的情況下,能夠以其他的具體形式實現本發明。因此,無論從
哪一點來看,均應將實施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本發明的范圍由所附權
利要求而不是上述說明限定,因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有
變化囊括在本發明內。

此外,應當理解,雖然本說明書按照實施方式加以描述,但并非每個實施方式僅包含
一個獨立的技術方案,說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見,本領域技術人員應當將
說明書作為一個整體,各實施例中的技術方案也可以經適當組合,形成本領域技術人員可
以理解的其他實施方式。

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一種 風洞 實驗 內徑 變化 曲線 確定 方法 及其 應用
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