تبلیغات
مهندسی مکانیک و هوافضا - تونل باد(2)
هر آنچه که یک مهندس بخواهد اینجا هست!
 
آخرین مطالب
 
محبوبترین ها ی سایت
تونل باد(2)


بخش دوم

2-2- اجزاء تونل باد

2-2-1- اجزاء اصلی تونل باد

sem-mec.sub.ir





2-4-1-1- مقطع آزمون (Test Section)

مهمترین بخش در هر تونل باد این قسمت است و تمامی آزمایش ها در این نقطه انجام می شود. همواره سعی طراحان تونل این است که تمامی شرایطی که در حالت واقعی برای وسیله ی مورد سنجش ممکن است رخ بدهد را ، در مقطع آزمون شبیه سازی کنند. بنابر این در هنگام طراحی و محاسبات مربوط به بخش های مختلف تونل ، پارامترهای این قسمت از قبیل ابعاد ، سرعت هوا ، درجه حرارت و عدد رینولدز در آن تاثیر عمده ای می گذارد و می توان گفت طراحی کلیه ی قسمت های تونل بستگی به مشخصات مقطع آزمون دارد. در واقع مشخصات جریان هوا در مقطع آزمون به عنوان پارامترهای ورودی در طراحی تونل محسوب می شوند.

مقطع آزمون را می توان با توجه به ابعاد مختلف آن (طول ،عرض و ارتفاع) به سه دسته ی کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم کرد. برای تقسیم بندی تونل به این سه دسته هنوز قاعده و استانداردی در نظر گرفته نشده است و هر یک از کشورها به صورت مستقل محدوده ای را انتخاب می کنند و گاهی نیز مشاهده شده است که ، این دسته بندی ها بر اساس سطح مقطع آزمون توام با سرعت هوای آن به کار برده شده است. برای نمونه از نظر سطح مقطع آزمون در آمریکا تونل های باد در سه نوع بزرگ ، متوسط و کوچک شناسایی می شوند ، که شرح آن در بخش تقسیم بندی تونل های باد از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape) گذشت.

بدنه ی اصلی مقطع آزمون از ماده ای شفاف مانند شیشه ی نشکن ، پلکسی گلاس و یا طلق ساخته می شود و معمولا سطح زیرین مقطع از مواد سخت تر مانند آهن ساخته می شود. به منظور دسترسی به داخل این ناحیه دریچه هایی نیز در دیوارهای کناری مقطع قرار داده می شود. برای انجام اندازه گیری های لازم و عکس برداری از مدل یا مشاهده ی جریان سیال بر روی نمونه که توسط دود آشکار سازی شده است ، لازم است در زمان آزمایش نور و روشنایی کافی در این ناحیه وجود داشته باشد. برای این منظور از نور افکن یا چراغ هایی که در دیوارها کار گذاشته شده است استفاده می شود.

..... ادامه مطلب

وجود جریان یکنواخت از عوامل مهمی است که در مقطع آزمون باید مورد توجه قرار گیرد. برای دستیابی به این مهم ، علاوه بر محاسبه ی شکل ناحیه های گوناگون به منظور جلوگیری از جدایش لایه ی مرزی در مقطع آزمون و استفاده از لانه زنبوری ها و توری ها ؛ با تعبیه ی مواد ارتعاش گیر در اطراف دیواره ها و در محل تماس مقطع با قطعات کناری ، تا حد ممکن از انتقال ارتعاش ، لرزش و سر و صدا به مقطع آزمون جلوگیری می شود.

برای کاهش اثرات نامطلوب ناشی از وجود گوشه های قائم در مقطع آزمون ، در چهار گوشه ی آن سطح شیب دار قرار می دهند که به آن فیلت (Filet) می گویند. فیلت ها در طول مقطع آزمون و در چهار گوشه ی آن امتداد می یابند و شیب کم فیلت ها به منظور جبران سازی رشد لایه ی مرزی در آن است. معمولا فیلت ها دارای زاویه ای در حدود 45-35 درجه می باشند. همان گونه که پیش از این بیان شد ، برای تامین نور کافی نور افکن هایی به کار می رود. معمولا محل این نور افکن ها در تونل های بزرگ و متوسط در فیلت ها است.

نسبت طول مقطع آزمون به ارتفاع آن در محدوده ی 3-1 است، که نسبت بهینه ی پیشنهاد شده در حدود 5/1 است.

در اثر عبور جریان هوا از روی سطوح مقطع آزمون ، لایه ی مرزی بر روی آن ها ایجاد می شود و این باعث کاهش سطح موثر مقطع می شود. طبق قانون پیوستگی با کاهش سطح مقطع ، سرعت هوا افزایش یافته و افت فشار استاتیکی نیز افزایش می یابد. از ین رو برای جلوگیری از این افت فشار مقطع آزمون را کمی واگرا می سازند. زاویه ی واگرایی معمولا در حدود نیم تا یک درجه است.

2-4-1-2- منفذ تنفس (Intake)

ناحیه ی ورود هوا به تونل باد است. در تونل های باز این قسمت در ابتدای ورودی هوا که در سمت دیفیوزر است ، قرار می گیرد.

2-4-1-3- دیفیوزر یا پخش کن (Diffuser)

در تونل افت توان متناسب با توانت سوم سرعت هوا است ، لذا در قسمت هایی که سرعت ها نسبتا زیاد است ، باید آن را کاهش داد. برای این منظور از دیفیوزرها استفاده می شود تا باعث انبساط جریان و کاهش سرعت شود و در نتیجه فشار استاتیک را افزایش دهد و از طرفی به دلیل افت فشار حاصل از اصطکاک بدنه باید این کاهش سرعت در کمترین فاصله صورت گیرد. جنس مواد مورد استفاده در دیفیوزر می تواند ورق گالوانیزه ، تخته سه لایی ، و انواع فیبر باشد. بهتر است که دیفیوزر به صورت یک تکه ساخته شود ؛ ولی معمولا به دلیل طول زیادش ، آن را چند تکه می سازند. یکی از مسائل عمده در دیفیوزرها با توجه به گرادیان فشار مثبت در آن ، جدایش جریان و ایجاد لایه ی مرزی است. این امر سبب ارتعاش ، نوسان سرعت هوا در مقطع آزمون ، نوسان بار فن و افزایش افت در تونل می شود. جریان ورودی به دیفیوزر باید به طور کامل یکنواخت باشد. به علت وجود بخش های پیش از دیفیوزر که تشدید کننده ی اغتشاش هستند ، یکنواختی به مقدار زیادی کاهش می یابد.

 از عوامل مهم ایجاد غیر یکنواختی جریان ورودی به دیفیوزر می توان به طول زیاد مقطع آزمون اشاره کرد ، همچنین از دیگر عواملی که سبب تشدید این امر می شود ، می توان به نصب مدل و نگهدارنده ی آن و وسایل اندازه گیری اشاره کرد. قبل از دیفیورز تونل ، فن قرار گرفته است که بر اثر دوران روتور آن و برخورد جریان هوا با پره های نگه دارنده و میله های کمکی فن در جریان ، اغتشاش زیادی ایجاد می گردد که در تونل های مدار بسته این مشکل را با به کار بردن دیفیوزری اضافی بعد از زاویه ی باز سوم و قبل از محفظه ی آرامش ، تا مقدار زیادی برطرف کرد. این دیفیوزر دارای زاویه ی واگرایی نسبتا زیادی است که و لذا امکان دستیابی هر چه بیشتر به نسبت انقباض بالا در نازل مربوطه را فراهم می سازد و همچنین سرعت هوا را قبل از محفظه ی آرامش به حد زیادی کاهش می دهد ، که این امر از نظر طراحی تونل مطلوب شمرده می شود. بنابراین در تونل های مدار بسته و مدار باز از چندین دیفیوزر مختلف می توان بهره برد که هر یک از آن ها دارای کاربرد خاص خود هستند. در تونل های مدار بسته ، انرژی جنبشی جریان هوای عبوری در گوشه ی چهارم تونل به همراه اغتشاشات ناشی از تغییر جهت جریان به کمک پره های گوشه ، توسط دیفیوزر آخر کاهش یافته و در انتهای آن انرژی فشاری جریان هوا ، افزایش چشم گیری می یابد که به این دلیل قسمت انتهایی این دیفیوزر را ناحیه ی استاتیک می گویند. دیفیوزر کوچکی که معمولا در ناحیه ی فن قرار می گیرد ، به منظور ایجاد انبساط جریان هوا در آن جا قرار گرفته است. با این حال در تونل های مدار باز و مدار بسته کاربرد های متفاوتی از این دیفیوزرها مشاهده شده است.

در دیفیوزرها سطح ورودی و خروجی و زاویه ی واگرایی اهمیت ویژه ای داشته و در طراحی مورد توجه قرار می گیرد. برای آن که دیفیوزر در هنگام عبور جریان دارای عملکرد مناسب باشد ، باید ورودی به آن از یکنواختی مطلوبی برخوردار باشد. دیفیوزری که پس از مقطع آزمون قرار می گیرد ، معمولا دارای جریان ورودی یکنواختی نبوده و در طراحی آن و محاسبات مربوط به آن خطای بیشتری ممکن است ایجاد گردد ؛ از این رو برای این دیفیوزر، دقت بیشتری باید اعمال شود.

زاویه ی واگرایی دیفیوزر که زاویه ی بین دو دیوار مقابل به هم در آن است ، در نهایت به 7 درجه می رسد ؛ در هر حال این زاویه بستگی به نسبت سطح ورودی و خروجی دیفیوزر و نیز گرادیان فشار و مقدار بازیابی فشار استاتیک دارد و از طرفی باید خط جدایش را در بر نداشته باشد. زاویه ی بهینه برای زاویه ی واگرایی در طراحی های کلی و گوناگون تونل ، اغلب 5 درجه توصیه شده است. معمولا دیفیوزرهایی که زاویه ی واگرایی بیش از 6 درجه دارند را دیفیوزر زاویه باز می گویند.

برای بدست آوردن نسبت انقباض بزرگتر ، از یک دیفیوزر زاویه باز قبل از محفظه ی آرامش استفاده می شود. این دیفیوزرها معمولا با نسبت سطح 4 و زاویه ی واگرایی 45 درجه به کار می روند. در داخل این دیفیوزرها می توان از چند ردیف طولی استفاده نمود تا نوسانات سرعت در دیفیوزر را کاهش داده و جریان نسبتا یکنواختی را ایجاد نماید. نسبت سطح دیفیوزر به ندرت از عدد 5 تجاوز می کند.

شکل سطح مقطع دیفیوزر اول معمولا وابسته به شکل مقطع آزمون است و تغییر سطح مقطع از مقطع آزمون تا دیفیوزر اول کاری دشوار بوده و به ندرت انجام می گردد. در دیفیوزر دوم انتخاب شکل سطح مقطع اختیاری بوده و تا حد زیادی محدودیت دیفیوزر اول را ندارد. طراحی دیفیوزر مدار باز ، مشابه تونل های مدار بسته است با این تفاوت که زاویه ی واگرایی آن ها کمی بزرگتر است. استفاده از توری در دیفیوزرهای زاویه باز که مقدار باز شدگی آن ها کم است ، اصولا توصیه نشده است.

افت فشار در دیفیوزرها ، در حدود 2 تا 3 برابر افت فشار در نواحی بدون تغییر سطح مانند کانال های رابط در تونل است. در تونل های مدار باز ، دیفیوزر زاویه باز بیشتر در تونل دمنده با فن گریز از مرکز استفاده می شود ؛ چون این گونه تونل ها در مقایسه با تونل های مدار باز مکنده حساسیت کمتری نسبت به اغتشاش دارند.

 

 

2-4-1-4-  گوشه ها و پره های آن (Corners & Blades)

در بیشتر تونل های مدار بسته و یا مشابه به آن ، برای تغییر جهت در مسیر هوا لازم است کانال عبور هوا مقداری تغییر جهت بدهد. این تغییر می تواند به شکل های مختلفی در بدنه ی تونل ایجاد گردد. برای این منظور می توان در چهار گوشه ی کانال ها از گوشه های قائمی برای تغییر جهت جریان هوا استفاده کرد و یا از دو نیم حلقه ی 180 درجه ای در انتهای هر سمت مسیر استفاده کرد. استفاده از گوشه های مکمل نیز مرسوم است ، به این ترتیب که مجموع زوایای هر دو گوشه 180 درجه شود که در این حالت تونل به شکل ذوزنقه در خواهد آمد. به طور کلی این نوع گوشه ها در تونل های باد با طول نسبتا زیاد به کار رفته اند ، که هدف از آن کاهش طول دیفیوزر بزرگ در مسیر برگشت جریان است. تغییر مسیر در جریان هوای عبوری از گوشه های تونل ، همواره با مقداری تلفات قدرت همراه است.برای کاهش این تلفات در گوشه از پره استفاده می شود.این پره ها باعث هدایت جریان هوا به مسیر دلخواه شده و زاویه ی لازم را منطبق بر تغییر مسیر کانال در جریان ایجاد می نماید. در گوشه های قائم و زاویه دار استفاده از پره ها ، بر خلاف گوشه های حلقوی و انحنا دار، رایج است.

بر اثر برخورد جریان هوا با دیواره و پره های گوشه ، مقدار زیادی لرزش و سر و صدا ایجاد می شود که برای جلوگیری از آن ، روش های گوناگونی را به کار می برند. یکی از این روش ها استفاده از ماده ای به نام پلاست (Plast) است که بیشتر از ترموپلاست ها (Thermoplastics) به شمار می رود. استفاده از مواد ترکیبی (Composite Materials) نیز برای ساخت قطعات این بخش متداول است.

 

در تونل های بزرگ به منظور خنک کردن جریان هوا و پره های گوشه ، از تزریق آب سرد در این پره استفاده می کنند. برای دستیابی به این هدف باید پره ها را تو خالی ساخته و لوله هایی در آن ها قرار داد که آب سرد توسط یک پمپ کوچک خارجی ، جریان یافته و باعث خنک سازی پره ها و در نتیجه هوای عبوری از روی آن ها شود.

2-4-1-1-  فن و متعلقات آن (Fan & Accessory)

فن را می توان به عنوان یک توربوماشین در راستای فرایند انتقال انرژی ، زیر مجموعه ای از علوم ترمودینامیک و مکانیک سیالات توصیف کرد. توربوماشین نیز به معنای ماشین دواری است که به صورت هد فشاری به سیال انرژی می دهد و یا از طریق اخذ انرژی از سیال کار انجام می دهد. این تعریف مجموعه ی بزرگی از ماشین های تبدیل انرژی را شامل می شود که کاربرد های فراوانی را خواهند داشت. اگر کل توربوماشین ها را به دو دسته ی هیدرولیکی و حرارتی تقسیم کنیم ؛ فن ها از آن جا که با گاز ها در ارتباط هستند ، در دسته ی دوم قرار می گیرند. انواع فن عبارت است از :

·        فن های گریز مرکزی(Centrifugal Fans)

·        فن های جریان محوری (Axial Flow Fans)

·        فن های گریز مرکزی – محوری (Axial – Centrifugal Fans)

·        هوا کش سقفی (Roof Ventilator)

·        دمنده های جریان متقاطع (Cross Flow Blowers)

·        دمنده های گردابه ای یا دوباره تولید کننده (Vortex or Regenerator Blowers)

در تونل های باد بیشتر از فن های جریان محوری استفاده می شود و به ندرت از فن های سانتریفیوژ استفاده می شود.

از عوامل تعیین کننده ای که در انتخاب یا طراحی فن دخالت دارند ، می توان به دبی و فشار مطلوب طراح تونل اشاره کرد. در روش آزمون و خطا برای یافتن فن مطلوب می توان با تغییر تعداد پره های روی توپی (Hub) ، تغییر قطر توپی ، قطر پره ، دور دوران پروانه و غیره به هدف مورد نظر دست یافت.

مشخصات پروانه (Impeller Specification) هم از نکات بسیار مهم در تونل است که باید به آن دقت شود. در زیر چند مورد مهم بیان می شود:

·        سرعت نوک پره (Tip) بیشتر از ریشه پره (Root) است و بنابراین زودتر به استال می رسد ، پس باید یک زاویه ی بیشتری در ریشه ایجاد گردد تا این نقیصه را بپوشاند این زاویه (Blade Angle) نام دارد و در واقع زاویه ای است که در هر نقطه از پره بین سطح دوران پره و وتر مقطع ایرفویل در آن نقطه به وجود می آید.

·        هر پره باید مانند هواسر (Airfoil) طراحی شده باشد.

·        با توجه به این که با جابجایی هوا توسط پره نیرویی در راستای محور تولید می گردد و این نیرو باید در سراسر پره یکسان باشد ، لذا برای یکسان سازی این نیرو و با توجه به سرعت خطی بیشتر در نوک پره ها ، باید نوک پره ها نسبت به ریشه ی پره هوای کمتری را جابجا کند.

در تونل های باد برای دستیابی به جریان هوا با دبی کنترل شونده دو روش وجود دارد:

·        تغییر گام پره ها (زاویه ی پره ها)

·        تغییر دور دوران پروانه

که مزیت روش اول اقتصادی تر بودن آن است.

از دیگر نکات مهم در انتخاب یا طراحی پروانه ماکزیمم آلودگی صوتی سیستم می باشد ، که با توجه به اندازه ی تونل باد و محل قرار گیری آن متفاوت می باشد.

قدرت موتور ، دور موتور ، راندمان پره و صلبیت پره از دیگر نکات قابل توجه در این بخش می باشند.

 

 

2-4-1-1-  کانال رابط بین گوشه ها (Connecting Canal )

در مدار های بسته ی تونل باد ، بین حد فاصل گوشه های اول و دوم و همچنین سوم و چهارم ، کانالی قرار می گیرد که سطح مقطع آن ثابت است و تنها برای انتقال جریان هوا از مسیر رفت به مسیر برگشت تونل و معکوس این حالت کاربرد دارد. این دو کانال رابط تا حد امکان باید دارای طول کم بوده تا تلفات قدرت در تونل افزایش زیادی نداشته باشد.

سطح مقطع این دو کانال اغلب با هم متفاوت بوده و کانال رابط بین گوشه ی سوم و چهارم بزرگ تر است. شکل و ابعاد مقطع این قسمت ها عموما مشابه گوشه ها می باشد. کانال رابط گاهی به دلیل سطح دایروی آن بنا به شکل مقطع آن ، استوانه ای (Cylinder Section) نامیده می شود. البته می توان این کانال را با سطح مربعی ، هشت ضلعی و یا اشکال دیگر ساخت که این امر بستگی زیادی به شکل مقطع آزمون دارد ولی باید توجه داشت که به دلیل دایروی بودن مقطع آشیانه ی فن جریان محوری کانال رابط بین گوشه ی اول و دوم ، بهتر است به صورت استوانه ای باشد. در غیر این حالت لازم است در گوشه ی دوم به صورت استوانه ای باشد یا این که قبل از فن تغییر شکل مقطع به وجود آید. البته با توجه به چرخش جریان در گوشه ی دوم و اغتشاش زیاد در آن به راحتی می توان این تغییر شکل را ایجاد نمود ، بدون آن که تاثیر عمده ای بر روی رژیم جریان نهاده شود.

جنس مواد در این قسمت محدودیت خاصی ندارد و می توان از همان موادی که در بدنه کلی تونل استفاده می شود ، برای آن نیز به کار برد. البته برای اشاره ی بیشتر می توان از همان موادی گفت که کانال های رابط را اغلب از چوب ، فلز یا قالب های بتونی (Concrete) می سازند.



می توانید دیدگاه خود را بنویسید
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر