0.3米低温风洞(PCTW)

所属单位:设备设计与测试技术研究所

0.3米低温风洞是一座采用轴流压缩机驱动的低温高雷诺数连续式跨声速风洞,是2.4米低温风洞的引导风洞。其建设目的主要是验证低温风洞总体设计方案和布局的合理性,校核风洞回路的气动和结构设计。同时作为试验研究平台,用于开展2.4米低温风洞建设中的液氮稳定供给和精确调节、气氮排出、风洞运行流程优化和多变量运行控制等关键技术研究与验证。同时,还可用于开展先进翼型的高雷诺数试验和数值模拟验证。风洞主要包含洞体回路、动力系统、液氮供给系统、气氮排出系统、清洗系统、冷却水供应系统、测控系统等。

 

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主要参数

● 试验段尺寸:0.325m(宽)x0.275m(高)。

● 试验段马赫数:0.15~1.3。

● 稳定段总压:(0.2~4.5)x105Pa。

● 气流总温:110K~323K。

● 风洞形式:连续式。

 

风洞运行方式

● 运行方式:分为常温和低温两种方式;

● 低温方式:采用氮气作为运行介质,换热器不工作,通过向风洞洞体内喷入液氮的汽化吸热平衡压缩机传入的热量,保持风洞内气流温度在设定温度下的稳定。

● 常温方式:采用干燥空气为运行介质,利用布置于稳定段的高效换热器(水冷)吸收和平衡压缩机释放的热量及洞体的热传递,将风洞稳定段内气体总温控制在50℃以内。

 

风洞低温运行流程

清洗阶段、冷却阶段、运转阶段、回温阶段。

● 清洗阶段:清洗采用抽真空和干燥空气(氮气)置换的方案,置换气体由设置在一二拐角段间的空气主入口进入洞体,经压缩机搅拌与湿空气混合。

● 冷却阶段:压缩机组低速运转,开启小流量液氮增压泵,闭环控制液氮喷嘴启闭和喷射压力来控制液氮流量,将洞体回路降至设定温度

● 运转阶段:开始试验前,测控系统采集初始读数,风洞试验时,压缩机加速运行,试验段马赫数达到Ma0.2以后,开始喷射液氮,试验段马赫数调到设定值,测量系统开始采集数据。试验结束后,测控系统采集末读数。

● 回温阶段:通过排气系统对风洞泄压,压缩机继续低转速运转,将马赫数控制在0.3,通过压缩机做功释放的热量将气流温度和风洞洞体升温至设定温度或常温。

 

运行状态调节

● 马赫数调节方式:

Ma≤1.1时,将半柔壁喷管调整为音速型面,通过控制试验段主流引射、压缩机转速实现整个Ma数范围的运转。

Ma>1.1时,将半柔壁喷管分别调整为Ma1.15、Ma1.3、Ma1.35的低超声速型面,与槽壁试验段组合来实现所需的试验段马赫数。

● 压力控制:

风洞低温运行时,喷入液氮实现降温运行,同时需要实时监测稳定段压力,控制气氮排出控制阀精度,实现预定的风洞洞体压力。

● 温度控制

低温运行时,通过气控阀和压力调节阀控制液氮喷嘴的启闭和喷射压力,实现液氮流量的快速调节,实现温度的精确控制。

 

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辅助系统

● 液氮供给系统为风洞运行提供稳定的压力和温度条件。通过液氮补偿由风洞压缩机运转和壳体换热带入的热量。

● 气氮排出系统将低温氮气排出,维持和调整风洞回路压力。

● 风洞清洗和降温系统低温运行前将洞体内所有的湿气体排出以防止水汽结冰,并最综将洞体内空气排出。

● 真空系统和空气注入系统:实现常温空气介质下的增压和低压运行;

● 冷却水供给系统常温运行方式下吸收和平衡压缩机释放的热量及洞体的热传递,控制风洞内气体总温;

 

仪器及测量方法

● 低温温度场测量系统。

● 电子扫描阀。

● 低温热线测量系统。

● 低温脉动压力测量系统。

● 低温天平及测力系统。

 

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