DE2522371C3 - Windkanal - Google Patents

Description

^teZur Erzeugung von nicht homogenen Strömungsbildern in Windkanälen ist es aus der DT-PS 9 33 299 bekannt das Strömungsfeld mittels Röhren oder Honigwabenkörpern in eine Anzahl aneinander anschließender Elementarfelder aufzuteilen, wobei die Rohre einzeln axial verschiebbar sind, so daß sie mehr oder weniger in den Beschleunigungsraum hineinragen; in diesen dünnen Röhren befinden sich keine Gebläse.

Bei den bekannten Windkanälen mit geschlossener Rückführung der Luft (FR-PS 15 77 252), deren Bauweise auch als »Göttinger«- oder »Prandl!«-Bauweise bezeichnet wird, hängt die Strömungsqualltat der Meßstrecke des Windkanals von einem möglichst großen Kontraktionsverhältnis (Vorkammerquerschnitt zu Meßstreckenquerschnitt) und vom öffnungswinkel des der Meßstrecke nachgeschalteten Diffusors ab. Dieser Diffusor darf zur Vermeidung von Verlusten und Ströniungsstörungen keinen größeren öffnungswinkel als etwa 4 bis 6" aufweisen. Die vorgenannten Bedingungen erfordern ein beträchtliches Bauvolumen für einen qualitativ guten Windkanal.

Bei sehr großen Windkanälen wird mit zunehmender Reynolds-Zahl der zulässige Diffusoröffnungswinkel kleiner als 4°, wenn Ablösungen vermieden werden sollen. Die Längenausdehnung der Diffusoren wird nicht nur absolut, sondern auch relativ größer als bei kleineren Windkanälen. Dabei wird im allgemeinen die auf die Meßstreckendaten bezogene Reynolds-Zahl zugrunde gelegt:

Die Erfindung betrifft einen Windkanal mit geschlossener Rückführung der Luft, der aus Meßstrecke, Diffusoren, Kontraktionsdüse und Verbindungsbauteilen besteht und bei dem auf der der Meßstrecke gegenüberliegenden Seite mehrere, über den Kanalquerschnitt verteilt angeordnete Gebläse und zwischen den Gebläsen befindliche Trennwände vorhanden sind.

Ein Windkanal dieser Art ist aus Physics Education, Bd. 10,Nr. 1, Seiten 35-37, Januar 1975, bekannt, wobei mehrere, über den Querschnitt verteilt angeordnete Gebläse zur Erzeugung des Luftstroms gewählt wurden, um bei Windkanälen mit größerem Kanalquerschnitt Seriengebläse verwenden zu können und Kosten zu sparen. Eine gegenseitige Beeinflussung der Gebläse wird durch zwischen ihnen befindliche Trennwände vermieden.

wobei

v_M die Geschwindigkeit der Meßstrecke ist,
Dm die Meßstreckenbreite oder der Meßstreckendurchmesser und
ν die kinematische Zähigkeit des Strömungsmediums.

Bei sehr großen Windkanalanlagen ist es wünschenswert, wenn zur besseren Nutzung der Anlage neben einer großen Meßstrecke mit mäßiger Geschwindigkeit eine kleinere Meßstrecke mit möglichst hoher Geschwindigkeit einbaubar ist. Bei Betrieb mit jeder der beiden Meßstreckenvarianten sollte eine optimale Nutzung der verfügbaren Leistung sichergestellt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Windkanal mit geschlossener Rückführung der Luft zu schaffen, der bei geringer Baugröße eine gute Strömungsqualität in der Meßstrecke liefert und darüber hinaus die Anpassung an Meßstrecken unterschiedlicher Größenabmessungen gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem Windkanal der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß unmittelbar am Ende der Meßstrecke beginnend über den Kanalquerschnitt verteilt angeordnete, im wesentlichen parallel verlaufende Röhren vorhanden sind, in denen sich je ein Gebläse befindet, das jede Röhre im Bereich vor ihrem Gebläse mehrere, hintereinander angeordnete Diffusoren bildet und daß die Röhren

hinter den Gebläsen in den gemeinsamen Kanal münden.

Aus Automobile Engineer, Juni 1960, Seiten 263 - 266, ist es zwar bekannt, bei einem Windkanal in offener Bauweise mittels Wänden separate Kanalteile für den Luftstrom zu bilden. Selbst ein Einbau dieser Kanalteile in einen Diffusor gegebener Abmessungen führt noch nicht zur Verminderung der Baugröße eines Windkanals. Dies ist erst dann der Fall, wenn gemäß der Erfindung jede Röhre im Bereich vor ihrem Gebläse einen ne'er mehrere, hintereinander angeordnete Diffusoren bildet.

Von Vorteil ist erfindungsgemäß auch, daß größere Ungleichförmigkeiten in der Geschwindigkeitsverteilung am Ende der Meßstrecke, wie sie in Folge des Nachlauf- und Abwindfeldes hinter Windkanalmodellen zu erwarten sind, sich auf die Röhren weniger kritisch auswirken als auf einen einzelnen Diffusor, weil die Ungleichförmigkeit pro Röhre wesentlich geringer ist. Dies gilt auch für die am Gebläse ankommenden Ungleichförmigkeiten in der Geschwindigkeitsverteilung, die im wesentlichen von der Diffusionsgrenzschicht herrühren und sowohl beim Einzeldiffusor wie auch bei Vielfachdiffusoren vorhanden sind. Ungleichförmigkeiten werden beim Diffusor der erfindungsgemäßen Bauweise in optimaler und wirtschaftlicher Weise ausgeglichen.

Die erfindungsgemäße Aufteilung des Bereichs zwischen der Meßstrecke und den Gebläsen in Einzelröhren bietet darüber hinaus den erbeblichen Vorteil, daß Meßstrecken unterschiedlicher Größe an einen Kanalaufbau angeschlossen werden können. Bei einer kleinen Meßstrecke sind die Kanäle und Gebläse, die nicht gebraucht werden, nicht in Betrieb, so daß diese Gebläse der kleinen Meßstrecke die Gesamtenergie verbrauchen können und somit eine höhere Geschwindigkeit erzielbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind zum Gegenstand von Unteransprüchen gemacht worden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen zum Stand der Technik gehörenden Windkanal mit geschlossener Rückführung der Luft in sogenannter »Göttinger«- oder »Prandtl«-Bauweise,

Fig.2 eine Draufsicht auf einen Windkanal der erfindungsgemäßen Art,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie i-I von F i g. 2,

Fi g.4 einen Schnitt entlang der Linie H-II und IH-IlI von F i g. 2 und

Fig.5 die Zumischung von Frischluft bei einem Windkanal.

Fig. 1 zeigt einen zum Stand der Technik gehörenden Windkanal 102 mit geschlossener Rückführung der Luft. Er besteht aus einer Meßstrecke 104, die mit einem ersten Diffusor 106 verbunden ist. Der öffnungswinkel dieses Diffusors darf nicht mehr als 4 bis 6 Winkelgrade betragen, da anderenfalls Strömungsablösungen auftreten. Bei sehr großen Windkanälen wird mit zunehmender Reynolds-Zahl der zulässige Diffusoröffnungswinkel sogar kleiner als 4°. Dies bedeutet, daß die Längenausdehnung des Diffusors nicht nur absolut, sondern auch relativ größer als bei kleinen Windkanälen bzw. kleineren Diffusoren wird. Über Umlenkecken 108 und 110, die jeweils ein Umlenkgitter 112, 114 aufweisen, schließt sich ein Bauteii i 16 an, das einen aus Nabe 118 und Gebläserad 120 bestehenden Antrieb enthält. Bei 122 verjüngt sich die Nabe, so daß hier ein

Nabendiffusor 124 gebildet ist. Dieser Nabendiffusor 124 steht in Verbindung mit einem zweiten Diffusor 126, der wie Diffusor 106 einen geringen öffnungswinkel aufweist. Daran anschließend sind Umlenkecken 1Ϊ8, 130 mit Umlenkgittern 132, 134 vorhanden, die zu einem Steildiffusor 136 führen. Der Steildiffusor ist gegebenenfalls mit Luftaustritt oder Kühler versehen. In Strömungsrichtung schließt sich eine Vorkammer 138 an, die einen Gleichrichter 140 und Beruhigungsnetze 142 enthält. Es folgt eine Kontraktionsdüse 144, die mit der Meßstrecke 104 in Verbindung steht.

Eine gute Strömungsqualität in der MeÜstrecke 104 wird erzielt, wenn ein möglichst großes Kontraktiunsverhältnis (Kammerquerschnitt 144 zu Meßstreckenquerschnitt 104) vorhanden ist.

Fig. 2 zeigt einen Windkanal 2 mit einer großen Meßstrecke 3 und einer kleinen Meßstrecke 4. Diese Meßstrecken mit unterschiedlichen Querschnittsverhältnissen sind gegeneinander austauschbar. Daran schließt sich ein erster Diffusor 6 an, der im Ausführungsbeispiel aus 25 Teilröhren mit quadratischem Querschnitt besteht. Dies ist in Fig. 3 verdeutlicht. Es können auch Röhren mit rechteckigem Querschnitt oder mehreckige Röhren (z. B. sechseckige, die einen Querschnitt nach Art der Bienenwaben bilden) verwendet werden. Nach Umlenkecke 8 mit Umlenkgitter 12 münden die Röhren 7 in einen weiteren Diffusor 9, an den sich Umlenkecke 10 mit Umlenkgitter 12 anschließt. Dieser Diffusor 9 kann auch durch ein Bauteil ersetzt werden, das die Zumischung von Frischluft gestattet, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist. Hierzu weisen die Zwischenwände 50 und die Seitenwände 51 Schächte 52 auf und der Querschnitt der Röhren 7 erweitert sich hinter den Luftöffnungen 54, die mittels der Klappen 56 verschließbar sind.

Zi&Beginn und am Ende der Umlenkecke 10 haben die Röhren einen Querschnitt wie er in F i g. 4 gezeigt ist. In jeder der 25 Röhren befindet sich nun ein Gebläse 17 mit einer Nabe 18 und einem Gebläserad 20. Jedes Gebläse kann einzeln angetrieben und geregelt werden. Im Bereich der Gebläse 17 haben die Röhren 7 einen kreisringförmigen Querschnitt, der sich in einem Nabendiffusor 24 fortsetzt und allmählich wieder in einen quadratischen Querschnitt eines Diffusors 25 übergeht. Hier enden die Röhren 7 und gehen in einen Einzeldiffusor 26 konventioneller Bauart oder in eine zylindrische Beruhigungsstrecke über. An dieses Bauteil schließen sich Umlenkecken 28, 30 an, die Umlenkgitter 32, 34 enthalten. Es folgt nun ein Weitwinkeldiffusor 36 und daran anschließend ein Luftaustritt 37 sowie eine Vorkammer 38 mit Gleichrichter 40 und Dämpfungssieben 42. Eine Kontraktionsdüse 46 führt zur Meßkammer 4.

Wesentlich ist die Gestaltung der Bauteile, die am Ende der Meßstrecke 4 beginnt und zu Beginn des Einzeldiffusors 26 endet. Entlang sämtlicher Bauteile verlaufen hier Röhren 7 mit rechteckigem und im Bereich des Gebläses kreisförmigem Querschnitt. Durch die Aufteilung in mehrere Röhren wird die Baulänge des Diffusors 6 gegen über der Baulänge des Diffusors 106 von F i g. 1 wesentlich verringert. Sie reduziert sich auf

die~|^fache Länge, wobei Λ/die Gesamtzahl der Röhren ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 25 Röhren 7 vorhanden, so daß sich die Länge des Diffusors 6 auf '/s der Länge des Diffusors 106 vermindert, ohne daß Ablösungen der Strömung auftreten. Strömungsablösungen treten ebenfalls nicht in dem zwischen den

Umlenkecken 8 und 10 angeordneten Diffusor 9, im Nabendiffusor 24 und im Diffusor 25 auf, die sämtlich aus mehreren Röhren 7 bestehen. In jeder Röhre 7 befindet sich je ein Gebläse 17, wobei durch separate Widerstände einer jeden Röhre Instabilitätsneigungen, die beim Parallelbetrieb vieler Gebläse zu befürchten wären, ausgeschlossen werden.

Wird die kleine Meßstrecke 4, die in F i g. 2 und 3 angeordnet ist, verwendet, so werden von ihr nur die 9 innenliegenden Röhren 7 umschlossen. 16 Röhren des Randbereichs und ihre dazugehörigen Gebläse 17 werden stillgelegt oder zum Luftaustausch mit geringerer Drehzahl betrieben. Die Gebläse 17 sind in geeigneter Weise regelbar, so daß bei Betrieb mit der kleinen Meßstrecke 4 eine der kleineren Anzahl von Gebläsen 17 entsprechende höhere Fördermenge pro Gebläse und eine der höheren Meßstreckengeschwindigkeit entsprechende höhere GebläseJruckerhöhung erzielt wird.

Wie aus den Fig.3 und 4 hervorgeht, bilden die einzelnen Röhren 7 zahlreiche Zwischenwände, die mit Lärmdämmitteln ausgestattet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

si Patentansprüche:

1. Windkanal mit geschlossener Rückführung der Luft, der aus Meßstrecke, Diffusoren, i .lktions- s düse und Verbindungsbauteilen bestehi nd bei dem auf der der Meßstrecke gegenüberliegenden Seite mehrere über den Kanalquerschnitt verteilt angeordnete Gebläse und zwischen den Gebläsen befindliche Trennwände vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar am Ende der Meßstrecke (3, 4) beginnend über den Kanalquerschnitt verteilt angeordnete, im wesentlichen parallel verlaufende Röhren (7) vorhanden sind, in denen sich je ein Gebläse (17) befindet, daß jede Röhre im Bereich vor ihrem Gebläse (17) mehrere hintereinander angeordnete Diffusoren (6, 9) bildet und daß die Röhren (7) hinter den Gebläsen (17) in einen gemeinsamen Kanal (26) münden.

2. Windkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (7) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Windkanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckigen Röhren (7) gemeinsame Zwischenwände aufweisen.

4. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gebläse (17) einzeln regelbar ist.

5. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17) gruppenweise regelbar sind.

6. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (7) im Abschnitt hinter den Gebläsen (17) enden jnd in einen gemeinsamen Diffusor (26) münden.

7. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Meßstrecke geringeren Querschnitts (4) nur ein Teil der Röhren (7) von der Meßstrecke^(4) umschlossen ist und nur die diesen Röhren (7) zugeordneten Gebläse (17) betrieben sind.

8. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Röhre (7) Frischluft zugeführt wird.

9. Windkanal nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenwänden (50,51) der Röhren (7) Schächte (52) mit regelbarer öffnung (54) zur Frischluftzuführung vorhanden sind.

In Fip 2 der FR-PS 15 77 252 ist ebenfalls ein Windkanal mit mehreren, über den Kanalquerschnitt verteilt angeordneten Gebiäsen gezeigt. Hier sind jedoch keine Trennwände zwischen den Geblasen angeordnet, so daß die Gebläse sich gegenseitig ungünstig beeinflussen können und es auch nicht möglich ist, eines oder mehrere der Geblase abzuschal-