DZS-Ⅱ型低速风洞微风段测量

　　目前气象系统检定轻便三杯风速表是依据JJG431-1986检定规程实施的, 其配套的检定设备为天津气象海洋仪器厂生产的DJM13型闭口直流式小型风洞。由于气象事业的发展, 气象系统承担社会上各类风仪的测试越来越多, 检定任务日益增加。1995年, 浙江省气象检定所由国家气象局配置了由鞍山光学仪表厂制造的DZS- II型低速风洞, 更新了原设备, 将测量范围由(0.5~30)m/s扩展为(0.1~30)m/s, 并且风洞口径、长度扩大了数倍。原规程检定条件项仅有如下规定“11.1款皮托管和风速表的安装位置( 如图1所示); 11.2款皮托管探头轴线距工作段顶壁255mm”。而现DZS- II型低速风洞由于结构不同, 洞径不同, 显然无法套用原规程, 需要修订。

　　新风洞整个结构性能的提升(如图1所示), 特别是增加了转换段, 拓宽了低速测量的范围(0"5m/s→0.1m/s), 使低速流体测量的黏性流体特征凸现, 被测仪表和标准器 (皮托管)放置的位置在微风段时对测量准确度的影响甚大, 为此笔者为解决此问题作了一定的理论探索和实验, 以确定标准器和被测仪表在风洞放置位置。

　　一、风洞内气流速度分布测量点的确定

　　1.层流

　　空气在风洞中流动, 由低速到高速的运动是一个层流到湍流的过程。其判据是临界雷诺数Re临, 在光滑的金属圆管中Re临=2000~300, 当ReRe临时则变为湍流。如果进入圆管前的流体比较稳定, 圆管入口形状做得比较光顺, 则Re临可能大大高于 2300( 例如, 可达24000 以上), 而风洞则符合以上条件。

式中: ρ———流体密度; V———流体速度; D———圆管直径; η———流体黏性系数。

　　现取环境条件P=1.0132×105Pa, t=20℃, 主试验段V=0.1m/s 时, ρ=1.21kg·m-3, η=18"0×10-5Pa·S, D=0.5m, 则:

　　其值接近2300, 且微风速检测时是由低速段开始。风洞结构又符合Re临>2300 条件, 故微风段时我们可将气流视作层流处理, 即层流速度分布如图 2 所示。

式中: l———管内被观测长度, P1、P2———这段长度两端的压强 (P1>P2), R———圆管的内半径, 再根据泊肃叶(j.poseuclle)公式计算其流量:

　　即在处, 其风速V相当于平均风速V。

　　2.湍流

　　倘若主试验段气流转为湍流, ( 由于Re接近Re临), 则实用的圆管速度分布(幂函数型)为

　　在微风段我们近似取Re=4×103, n=1/6

　　二、结论

　　若我们将被测仪表放置如层流状态处, 则