空气动力实验

实验 一  MAF风洞结构、实验仪器和实验原理

1.  实验内容：掌握MAF风洞的结构、所用实验仪器、模型的类型和用途、实验原理和实验过程。风洞形成超音速气流的条件等。

2.  实验目的; 通过上课听讲和实验室见习， 对MAF风洞有一个全面了解，了解MAF风洞所能进行的实验内容和方法。

3.  实验仪器：MAF风洞、测压力模型、测温度模型、测流量模型、各种马赫数的喷管、空气压缩机、冷却设备、压力和温度传感器、六分量天平、数据采集和调理仪、计算机软件的使用等。

4.实验原理：MAF小型风洞装置主要是形成短时间超音速或者高超音速气流，这些气流用于各种不同的气体动力研究。实验气体存储器由总容积0.32m³的8个标准气罐组成，用中心连接管连接，从存储器出来的气体经过中心连接管和手动阀进入到主控制阀。在装置开动的时候接通主控制阀，气体经过电加热器进入到预制室，再经过可以替换的喷管进入工作室，在那里气体围绕被研究的模型流动。通过与模型连接的传感器测得的压力和温度等的电压型号，经过数据采集仪进行采集、放大和条例后导入计算机记录并进行数据处理，即可得到相应的真实压力和温度等。

5.实验步骤：

工作室是被密封的直角仪器舱，在那里安装试验模型和传感器，在实验前向气罐充满实验气体,压力达到15MPa，电加热器加热到指定温度。装置按控制台指令启动，接通主控制阀，实验气体从气罐经过电加热器进入预制室,在这里通过喷管形成实验气流,围绕模型流过。实验过程中利用各种测量方法测量实验数据，借助光学仪器分析气流。经过指定时间（1—2S）后定时器断开阀门，工作状态结束。用计算机进行数据处理并完成实验报告

6.实验结果：MAF小型风洞装置主要是形成短时间超音速或者高超音速气流，这些气流用于各种不同的气体动力研究。该装置设计简单，压缩气体和电能消耗低，形成的气流具有很好计量特性，它要求按马赫数和雷诺数设计模型，。可用于空气动力实际研究。在小型的空气动力实验方面，充分显示了其优越性。

可进行科研工作，在指导大学生的弹道学和空气动力学学习。

7.问题讨论：（1）超音速气流的流动是如何形成的？

（2）超音速流场建立的条件如何？

（3）风洞实验是如何测得模型气动力的?

实验二  气流压强的测量

1.  实验内容：用MAF风洞和压力传感器测量不同流动速度的气流的滞止压力和模型表面压力。

2.实验目的：压强是气体流动的重要参数，与其他流动参数相比，压强测量较容易实现，往往根据测得的压强通过计算来得到气体流速等其他流动参数。所以几乎所有的流动测量中，都有压强测量的相关内容。压强测量是空气动力学实验中的一项基本测量，所用的测压装置有两部分组成；一是感压部分称为压力探头。它把流场中欲测的压强值感受出来，并引出流场以外进行测量；另一是指示部分，称为压力计，用来把流场中压力探头感受的压强值指示出来。

3.实验仪器和设备：

（1）MAF风洞

（2）压强传感器：将气流的压强转换为电信号；

（3）信号放大器；将传感器的电信号进行放大以便数据采集系统压强测量仪器的采集；

（3）数据采集系统；有计算机、数据采集线路板组成，采集信号放大器的电信号，并进行处理；

（5）标准压力源：给出标准的压强信号，用来作为压强传感器校测的标准。

4.实验原理：用压力探头测量物体滞点的总压（即滞止压强）和物体表面的静压：

（1） 总压P₀探头   总压P₀是物体滞点的压强。因此，在绕流物体的滞点开一小孔，就可把总压引出到压强传感器。最简单的总压探头为一柱形管子，管轴与气流方向平行，在管子的前端开一小孔，由此引出总压。一般认为测压头越尖，测得的压强精度越高。

（2）. 静压P探头  目前使用的静压探头为：头部呈球形，静压孔开在距离顶端（3—8）D的位置上。测定物体表面某点的压强时，只要在该点沿法线方向开一小孔，然后通过传压管道就可以把该点的压强引到流场外的压强传感器。

  

 

压力传感器将感受到得气流压力转换成电压，该电压信号由数据采集系统采集、放大、调理后传到电子计算机进行数据处理和计算，从而得到气流压力值。

5.实验步骤：

（1）打开风洞工作室上盖，安装测压强模型；

（2）将测压管与压强传感器和测压接头连接好，检查是否漏气；

（3）待检查正确无误后，合上工作室上盖并将螺丝拧紧；

（4）检查传感器接线、供电电压是否正确；

（5）检查传感器的系数是否正确输入计算机；

（6）预开风洞手动阀，做好开启风洞准备；

（7）同时打开风洞电磁阀和按下计算机开始键，风洞开始吹风实验，待风洞流场稳定后，计算机自动采集数据；

（8）处理从计算机上采集的电压数值，换算出压强。

5.实验结果

6. 讨论问题：

（1）滞止压力的意义？

（2）气流滞止压力和模型表面压力有何区别？

实验三   气流滞止温度的测量

1. 实验内容：用MAF风洞和温度传感器测量不同速度气流的滞止温度

2.实验目的：气流总温（即滞止温度）是一个十分重要的状态参数，在空气动力学计算中经常需要知道气流的温度，但是要直接测量温度是很困难的，因为要量温度必须使温度计随气流一起运动，然而温度可以从气流的其它状态参数中推算出来。所以一般只测量总温。本实验就是通过风洞实验确定气流的总温。

3.实验仪器和设备：

（1）MAF风洞；

（2）温度传感器。

 3)信号放大器；将传感器的电信号进行放大以便数据采集系统压强测量仪器的采集；

 4)数据采集系统；有计算机、数据采集线路板组成，采集信号放大器的电信号，并进行处理；

如图所示，气流进入皮托管内减速，不论亚音速流还是超音速流，热电偶接头所在处的温度为总温T₀。所用罩壳和支架都是为了防止或减少传热和热辐射。为保持热电偶处于平衡温度，罩壳上开有通气小孔。

 

4.实验原理：测量总温的仪器由安置于皮拖管内的温差热电偶组成，将皮拖管放置在运动的气流中，通过计算机读出热电偶两端产生的电位差，经过简单的计算即可得到此时的气流总温

5.实验步骤：

（1）打开风洞工作室上盖；

（2）将皮拖管安装在模型支架上；

（3）将皮拖管中热电偶引出的导线连接到信号接收板；

（4）检查计算机是否处于工作状态；

（5）打开风洞手动阀；

（6）按动电磁阀开关，同时按动计算机ENTER 键；

（7）关闭手动阀；

（8）处理数据。

6.实验结果：

7.讨论问题：

（1）什么是气流的静温？

（2）什么是气流的总温？

（3）气流的静温与总温之间的关系？

第二篇：#1炉冷态空气动力场试验方案

#1炉低氮燃烧器改造后冷态空气

动力场试验方案

1 锅炉概况

1.1 系统简介：

××××××发电有限责任公司1025t/h锅炉，系第一时段建造的配套300MW机组锅炉（锅炉制于19xx年）；其锅炉型号为×××。该炉为亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢架、全悬吊结构的燃煤锅炉。

该炉膛断面近似正方形：宽度12808mm、深度12802mm。顶棚标高61500mm，炉膛高热负荷区域的水冷壁采用内螺纹管的膜式水冷壁，炉顶过热器和再热器各部件采用大口径管连接。锅炉炉膛本体四周安装有96个IR–3D型短式吹灰枪，在炉膛上部和烟道两侧装有34个1K–525长伸缩式吹灰枪。

该炉制粉系统为低速球磨机。每台锅炉制粉系统配四台北京电力设备总厂生产的DTM350/700Ⅲ型钢球磨煤机，中间储仓、热风输粉、三次风送入炉膛燃烧区域上方。20台给粉机对应锅炉四角五层一次风煤粉燃烧器。

于20xx年4～6月由 ××××××科技有限公司进行燃烧器系统改造，改造项目主要是改动锅炉燃烧器部分和与燃烧器改造直接相关的配风设备及系统，使锅炉在改造后的运行中：炉膛的煤粉主燃烧区域适当减少配风以降低NOx的形成，在炉膛上部燃烬区域又要及时的补入过量风以将主燃烧区域产生的可燃气体（CO）在燃烬区域燃烬，以达到减少低NOx排放及防止炉膛结焦的目的。

本次改造中将沿炉膛高度划分为三个区域：标高17m～26m为主煤粉燃烧区域（布置一、二次风燃烧器）；26m～32m为还原区域及制粉乏气；32m～34m为燃烬区域（布置燃烬风喷咀）。其炉膛煤粉主燃烧区域高度标高不变，煤粉制备进入炉膛的三次风喷口标高不变，燃烬风喷咀在对应的水冷壁标高31116mm～34884mm处开孔。

低氮燃烧改造重点为：① 标高31116mm～34884mm处角水冷壁管屏开孔（更换部分管屏）；② A、B层一次风双通道燃烧器更换为双通道水平相对浓淡分离型燃烧器；③ A层一次风双通道燃烧器增设“微油点火”装置及控制系统；④ C、D、E三层单通道燃烧器更换为高效水平浓淡分离型燃烧器，并更换燃烧器前一次风管弯头；⑤ 二次风喷

嘴全部更换；⑥ 二次风挡板执行器更换。 1.2 锅炉设计参数

300WM工况（91%MCR负荷）下：

过热蒸汽流量 935 t／h 过热蒸汽出口压力（表压） 17.31 MPa 过热蒸汽出口温度 540 ℃ 再热蒸汽流量 780.8 t／h 再热蒸汽进／出口压力（表压）3.51／3.31MPa 再热蒸汽进／出口温度 320.6／540℃ 给水温度 269 ℃ 一、二次风温度 376／366 ℃

排烟温度 125 ℃ 锅炉效率 91.82 ％

1.3 燃料特性

项 目 元 素 分 析 工 业 分 析 灰 熔

氮 硫 灰份 水份 挥发份 灰份 低位发热量变形温度 软化温度

NarSarAarMtVdafAarQ

arnet

符号 单位 设 计 煤 种校核煤种(一)校核煤种（二）

19687 水份 氢 碳 氧

MtHarCarOar23282

21401

t1 t2

℃℃第 2 页 共 9 页

点 流动温度 t3 ℃1.4 燃烧器设计运行参数 项目 风率（％） 风速（m/s） 风温（℃）

一次风二次风（其中周界16.8）

三次风漏风2 试验目的 2.1 测量各燃烧器喷咀出口风速与挡板风门开度的关系。

2.2 绘制炉膛MCR工况空气动力场曲线。

2.3 通过试验全面了解大修后锅炉燃烧器、二次风喷口等安装后的校对质量；了解锅炉

炉膛空气动力场的分布；为锅炉热态燃烧调整提供参考。

3 试验标准、原理及试验项目

3.1 试验标准和原理

3.1.1 试验依据的标准

3.1.1.1

3.1.1.2

3.1.1.3

3.1.1.4

3.1.1.5

3.1.1.6 《GB/T19001—2000 idt ISO9001:2000》 《质量管理体系 要求》 GB10184—88《电站锅炉性能试验规程》 《300MW锅炉运行规程》 锅炉冷态试验《自模化试验准则》 《电业安全工作规程－热力和机械部分》 锅炉制造厂有关技术标准。

3.1.2 试验原理

根据相似理论，冷态参数模拟热态动力场应满足几何相似、动力相似和边界条件相似的原理。具体来讲，对单一气流，要求其射流的雷诺数Re应与热态工况时相等或已分别进入自模化区；对混合气体，冷态工况时的一、二、三次风动量比应与热态时相等。

3.1.3 冷态空气动力场试验方式选择：

锅炉冷态空气动力场试验，根据《电站锅炉性能试验规程》要求可采用多种方式，如短飘带测量法、飘带法、气球法、烟火示踪法等。本次试验采用最直观的“烟火示踪法”。

3.2 试验项目

3.2.1 锅炉烟风系统风门挡板和测量表计检查；

3.2.2 燃烧设备及系统检查；

3.2.3 一次风系统检查、标定与调平试验；

3.2.4 二次风喷口风速测量；

3.2.5 炉内冷态流场烟火示踪法；

3.2.6 炉内切圆风速测量，了解炉内冷态空气动力场分布情况。

4 试验条件及要求：

4.1 锅炉所有改造、安装、检修、调整等各项工作已全部结束。炉本体外围的主要楼梯、

平台、通道及护栏完整，无杂物，安全标示醒目，照明充足。

4.2 各系统设备、回路完整；控制接线完整、正确无误；无遗漏缺陷。

4.3 低氮燃烧器改造项目所涵盖的风门挡板及锅炉其它所有各项控制阀、风门挡板、

调节机构等结构完整，控制正确无误（无错控、漏控），操作应灵活无卡涩；逐项逐台校对各就地指示与实际开度，远控与就地指示准确无误（开度反馈与就地指示相差≯3％，否则需重新调整）。

4.4 锅炉各项定值、保护、辅机联锁等设定和检查已完成，并逐一进行动、静态调试

试验，定值准确、保护和联锁动作正确无误。

4.5 锅炉各辅机的润滑油系统、冷却水系统、监控系统等正确无误，并在辅机分部试

转前已投入。

4.6 送、引风机，一次风机，排粉机，空气预热器等转动机械分部试运完毕，可投入

正常运行。

4.7 各层煤粉燃烧器的一次风速已调平（同层间相差≯5％）。

4.8 锅炉冷态动力场试验前的准备工作已基本结束，锅炉捞渣机已注水封满足启动条

件。

4.9 试验现场附近严禁易燃、易爆物品摆放，并有完整的消防设施。

4.10

4.11 风烟系统的风门挡板及远方操作机构能投入使用，操作灵活。 风烟系统热工、电气仪表经校验指示正确，相应的联锁保护、声光报警信号试

验合格。

4.12 试验前应利用炉内风压试验或风机试运的机会充分进行制粉系统和炉膛吹扫，

直到炉内气流清洁。

4.13 试验平台、爬梯、测试十字架搭设完毕, 保证各角各喷咀处于伸手可及,以方便

测量风速；试验所需平台按要求安装完毕并经验收确认。炉内与试验无关的脚手架和竹跳板均已拆除。

4.14

4.15 一次风管风速和风压测点可用，可调缩孔在全开位置并可以调节。 炉内下层煤粉燃烧器处的脚手架平台及对流过热器处的脚手架平台通道需牢固

可靠。

4.16

4.17 炉内在需进人作试验准备时，炉内照明应充足。 炉内试验用安全电源布置完好，且在试验平台和“田”字通道标高处布置照明

灯。

4.18

4.19 试验时一、二次风速要求：一次风速18m/s左右，二次风速＞30m/s。 冷态动力场试验过程中必须保持运行风机和各风门挡板相对稳定，过程中不作

任何操作和调节。

4.20

5 参加试验人员分工明确，统一指挥。 试验测点布置和试验仪器

5.1 试验测点布置

在炉内最下层二次风喷口以下 500mm标高处搭设一试验平台1(基本铺满并留有一上、下孔)；

在D层喷口下方500mm标高（23米）处搭设一“回”字通道2，要求通道分别沿四面水冷壁搭设，通道宽0.5米，边上设有护栏，在试验平台1和“回”字通道2之间搭设牢靠的爬梯；

在三次风喷口下方500mm标高（27米）处搭设一“田”字通道3，要求通道分别沿四面水冷壁和炉膛中心线搭设，通道宽0.5米，边上设有护栏，在试验平台2和“田”字通道3之间搭设牢靠的爬梯；

在新增燃烬风喷口下方500mm标高（32米）处搭设一“回”字通道4，要求通道分别沿四面水冷壁和炉膛中心线搭设，通道宽0.5米，边上设有护栏，在试验平台3和“回”字通道4之间搭设牢靠的爬梯；

在炉内每个角的背火侧分别搭设一架不影响喷口气流用于测量喷口风速的爬梯，高度搭至最上层燃烬风喷口。

沿炉膛A层一次风喷口中心标高断面布“田”形铁丝（在前后、左右墙中心线上，

用两根金属丝在炉内拉一个十字架）见示意图，并在铁丝上固定LED串灯（显示锅炉轮廓及水平断面中心）。电源接线引出炉外。

炉前

示意图1

在A层双通道燃烧器上、下两通道和C层燃烧器浓、淡两相通道水平中心及垂直中心处布置固定所要燃放的烟花，并引电源线至炉外指定点。

炉内高温过热器前人孔门处搭通道式脚手架平台、通道，并沿伸至后屏，在此固定摄像机（摄像机镜头向下应覆盖炉下部安放有烟花的整个断面）。

5.2 试验准备的材料及测试仪器：

燃放烟花：32枚； 摄像机：1台； 36V电源变压器：1台；

LED串灯：80米； #16铁丝：90米； 电源引线：200米；

热膜风速仪（最大量程不小于50m/s）（或热球风速仪）：两台

对讲机 5对（对讲机调到单独频道，不得与其他对讲机同频）

6 冷态试验方法与步骤：

6.1 引风机、送风机、排粉机、一次风机、空预器等辅助设备启动前的全面检查：

6.1.1 烟风系统各风门挡板、执行机构的全面检查；

6.1.2 锅炉烟风系统风门挡板和测量表计检查；

6.1.3 燃烧设备及系统检查；

6.1.4 完成必要的联锁保护试验。

6.2 一次风系统检查、标定与调平试验：

启动引风机、一次风机，在保证足够的风压值情况下，维持稳定的炉膛负压，然后：

6.2.1 进行一次风系统检查；

6.2.2 一次风测速装置标定：在炉内实测一次风喷口风速，用实测结果对DCS上一次

风速显示值进行修正。

6.2.3 一次风调平：根据炉内各一次风喷口的风速，同时参考DCS上经标定后显示的

风速，通过可调缩孔对一次风管风速进行调平，要求调平后各一次风管风速偏差在5％左右，2、3号角稍高于1、4号角。

6.3 二次风挡板特性试验：

要求二次风挡板开度与远程操作显示的开度一致，一次风关闭，目的是为了确定二次风挡板开度与二次风风速的关系,（在一定的二次风箱风压和炉膛负压下）以便在空气动力场试验中控制二次风风速和热态运行时进行燃烧调整的配风，试验是在保证炉内气流流动工况进入自模化区，即大于最小自模化入炉二次风量。在MCR工况下，各个二次风喷口风速在30ｍ/ｓ左右，各挡板风门开度100%，调整引送风机使炉膛压力维持（-10~10 Pa）状态，进入炉膛，进行试验并记录数据，本挡板风门试验完毕，依据试验结果由试验人员进行现场指挥并保证炉膛压力稳定的前提下依次进行调整挡板风门开度以保证二次风各喷口出口风速相同，试验完毕。根据对应关系绘制出二次风挡板特性曲线。

6.4 炉内冷态空气动力场试验：

6.4.1 锅炉各辅机分步试转结束后即可作炉内空气动力场试验准备（放烟花前打开摄

像机镜头盖，并设置自动摄像）。

6.4.2 启动引风机、送风机、一次风机、空预器；全开各粉管一次风挡板；开启及调

整一次风母管风箱入口风门（维持风箱内风压＞4000Pa），进行全炉膛和一次风粉管吹扫。

6.4.3 吹扫结束后将风量调整至冷态试验所需风量（根据一次风速18m/s左右、二次

风速30m/s左右的要求调整）；

锅炉冷态试验时的空气动力分布需模拟热态时的状态，即动力速度需进入自模化状

4态。经锅炉参数计算：雷诺数Re＞4.5×10时炉内动力工况已远远进入自模化状态，

另根据冷、热态一、二次风动量比相等原则计算冷态试验时一、二次风速应为：一次风速18m/s左右、二次风速＞30m/s。

6.4.4 一次风投入A、B、C层；二次风风门挡板投入A、B、C对应的二次风门（全开）；

D、E层一次风挡板关闭、其二次风门开10％（对应的风量控制：计量处一次风量

160～170Km3/h；二次风量450～500 Km3/h）。

6.4.5 冷态试验风量调整结束后需稳定10分钟，并确认“摄像机”镜头盖已打开并已

进入自动“摄像”状态。

6.4.6 接试验总负责人命令：接通烟花释放电源，炉内烟花开始释放、摄像机开始摄

像。

6.4.7 试验结束停止所有风机运行，炉内试验设备拆除。

7 质量控制点

7.1 试验及与试验有关人员必须了解试验内容及方法，严格按试验要求进行操作、调

整和测试。

7.2 确认试验现场满足试验条件后方开始试验。

7.3 试验期间，对数据进行记录。每一试验工况结束后，由项目负责人对试验数据进

行分析，确认无误后，方可进行下一工况的试验。

7.4 在试验过程中或试验结束后，如发现试验数据或结果明显有误，应补做或重做试

验。

8 试验组织与分工

8.1 为保证试验的顺利进行，由电厂和××××××公司试验人员组成试验工作小组，

负责统一联系协调、组织和指挥工作。

总指挥：××

副总指挥：××

操作组 负责人：××

成 员：××

试验组 负责人：××

成 员：××

监督组 负责人：××

成 员：××

8.2 电厂负责创造试验的必备条件及现场组织协调, 负责试验现场架子搭设、电源和照

明布置、工况调整操作及设备消缺等。

8.3 ××××××公司负责试验仪器的准备、技术方案的实施和现场测试工作，并对试

验结果准确性负责。

9 安全注意事项

9.1 试验人员必须遵守《电业安全工作规程》的有关规定，确保人身及设备的安全。

9.2 锅炉各项检修工作票已全部终结，各辅机试运正常，锅炉已具备整组启动条件。

辅机启动前再次检查确认各烟、风道内应无人作业。

9.3 防止高空坠落：炉内脚手架及平台等临时系统安全可靠,经过安监部门验收后才能

进入炉内进行试验；保证炉膛内有充足的照明；高空作业，试验人员需系好安全带、带好安全帽。

9.4 防止坠物伤人：试验前水冷壁上的焦块已清取；试验时需停止炉内检修作业；测

试时不能上下层同时进行。

9.5 防止触电事故：试验用电源必须安全可靠。

9.6 防止设备损坏：试验前所有风机必须经过试运合格；风机启动前对启动条件进行

全面检查；试验期间，应做好事故预想，加强设备巡视，一旦出现设备异常及事故情况，运行人员应立即按规程要求进行处理，并中止试验，现场试验人员撤出现场。待异常及故障消除后方可重新开始试验。

9.7 各启动的辅机在增加风量时应严密监视其电流变化，严格控制电流不得超过额定

值。

9.8 空气动力场试验期间锅炉内、外应停止所有有碍于锅炉冷态动力场试验工作的一

切活动。

9.9 与试验无关的人员不得进入炉膛；参加人员分工明确，所有人员熟悉相关作业内

容。

9.10 在炉内准备工作时，炉内应有充足的安全照明，进入炉内的试验人员必须正确

戴好护目镜、口罩、安全帽、防护衣、手电筒等安全用品；等高测试应系好安全带。

9.11 锅炉冷态空气动力场试验期间应加强各方人员的联系，并做好相应的安全监护；

整个试验应由试验负责人统一指挥；集控室操作台除参与试验的运行值班人员外，其他人员禁止靠近和动手操作。

9.12 为确保试验过程中通讯畅通，各检查、控制、监视、操作点负责人、指挥均应

带上手机和对讲机，对讲机调在统一频道，并公布手机和对讲机号码。

#1炉低氮燃烧器改造后冷态空气

动力场试验方案

批准：

审定：

审核：

会签：

初审：

编写：

××××××发电有限责任公司××

20xx年××月