东北电力大学能源与机械轩辕的齐娟等人在测量低速气流不可压缩流体的气流速度时,采用了伯努利方程计算,通过测出气流的总压和静压之差,即气流动压,即可得出气流的速度v=√(2ζΔp/ρ),同样的可以利用静压计算通过风机的流量,并提出了气流稳定性、流场均匀性、气流偏角与紊流度的计算公式。其中在静态压力的计算上,可以在风机进气管和输气管上设置U型管进行测量,并且通过上列公式可以由风机试验测量结果得出进一步的风机性能参数。关于静压的测量,中国农业机械化科学研究院的周海燕博士整合了常用的风机风管性能测试装置,包括管道内孔板、毕托静压管、管道内ISO文丘里管、锥形进口测流量及90o弧进口喷嘴测量等方法。
压缩机噪声也是重要的性能特征参数,Li Chunxi, Wang Song Ling等人及雷剑宇硕士都采用了A计权网络对风机的噪声测量方法,其与人耳的感觉有较好的相关性。
本课题设计亚高速风洞本质上与低速风洞较为相似,根据刘政崇[2]的研究可以遵循现有性能优良的风洞建立的设计准则进行设计。但是风洞中围绕模型混合的亚高速流动极为复杂,将会产生严重的洞壁、支架干扰,因此可以采用开孔或开缝的通气壁试验段消除“堵塞”。
在实际测试系统中,中国农业机械化科学研究院的周海燕博士采用的系统通过扭矩法测量功率,变频器改变风机转速,步进电机控制锥形节流器以调节工况来进行风机出气性能试验。扭矩法即通过测量轴扭矩F和转速N可以计算得到压缩机轴功率Pe:
Pe=FN/9550
由压力传感器和压差传感器采集风管内静压信号和压差信号,扭矩传感器将风机和电机之间的扭矩信号转换为电压信号,这些信号通过二次仪表传送至计算机,计算机软件根据公式计算风机流量,静压、全压、功率与效率。步进电机控制风管出口气流流量变化,PLC的三个数字I/O输出三项脉冲控制步进电机的参数,唯一传感器反馈运动位移信号,实现测试系统的闭环调节。
由于各种干扰对于性能测试系统得到的测量结果造成的误差,西北工业大学的雷剑宇硕士采用了以下措施:
(1) 对于每一测量数据列x1,x2……..xn,假设只含有随机误差,且服从正态分布,则根据随机误差的正态规律,将误差|xn- x1|>3σ的粗大误差剔除,其中σ由贝塞尔公式求得。
(2) 对于一个参数的测试样本,如果已经消除系统误差,并且异常数据己被剔除,则可以认为这些测试样本是等精度数据,并进行均值处理,以消除测试中的随机误差。
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