九全国高等学校物理实验教学研讨会

第九届全国高等学校物理实验教学研讨会第九届全国高等学校物理实验教学研讨会吴大卫吴大卫, ,沈晓丽沈晓丽, ,方恺方恺, ,何雨华何雨华, ,陆萍，陆萍，金佳金佳同济大学同济大学 物理科学与工程学院物理科学与工程学院2016.7.192016.7.19排风口叶片形状对排风效率排风口叶片形状对排风效率的影响研究的影响研究目录目录一一 引言引言二二 实验仪器实验仪器三三 实验原理实验原理四四 实验步骤实验步骤五五 实验数据分析实验数据分析六六 实验总结实验总结引言引言 本项目属于空气动力学实验的教学内容拓展。结合本项目属于空气动力学实验的教学内容拓展。结合学生的专业特点，将基础实验的教学内容与工程实践相学生的专业特点，将基础实验的教学内容与工程实践相结合。结合。 采用采用CADCAD制图技术设计了几种不同形状的排风口，制图技术设计了几种不同形状的排风口，研究了排风设备排风口的形状对排风效率的影响。研究了排风设备排风口的形状对排风效率的影响。1. 1. 直流式低速风洞：口径大，可连续运转，实验段速度范围为直流式低速风洞：口径大，可连续运转，实验段速度范围为0 0100m/s100m/s。图一图一 直流式低速风洞直流式低速风洞实验仪器实验仪器2. 1m2. 1m1m1m1m 1m 的空心立方体。两侧均有的空心立方体。两侧均有3 33 3个直径为个直径为2cm2cm的圆孔。的圆孔。空心立方体模拟室内房间环境。空心立方体模拟室内房间环境。图二图二 空心立方体空心立方体3. 3. 风速测量仪：德国德图高精度热敏式风速仪风速测量仪：德国德图高精度热敏式风速仪test0405-V1test0405-V1。图三图三 风速仪风速仪test0405-V1图四图四 主视图主视图图五图五 主视图、侧视图主视图、侧视图（3 3） 发散型叶片发散型叶片图六图六 主视图、主视图、 侧视图侧视图4. 4. 三种不同形状的排风口。三种不同形状的排风口。（1 1）田字格叶片）田字格叶片（2 2）水平型叶片）水平型叶片实验原理实验原理1. 发散角叶片角度选择：发散角叶片角度选择：出风口尺寸如图七，计算许可角度出风口尺寸如图七，计算许可角度；假设两叶片左端距离为假设两叶片左端距离为则最小角度则最小角度满足满足因此叶片倾斜角度因此叶片倾斜角度 。实际实验时我们使得实际实验时我们使得 。图七图七 叶片倾斜角度图叶片倾斜角度图实验步骤实验步骤(1) (1) 连接仪器，开启风洞机，选择合适的风速。连接仪器，开启风洞机，选择合适的风速。图八图八 仪器连接图仪器连接图(2) (2) 安装好第一种形状（安装好第一种形状（田字格叶片田字格叶片）的排风口，通过两侧各）的排风口，通过两侧各9 9个孔洞用风力测速仪在边缘与中心位置测量个孔洞用风力测速仪在边缘与中心位置测量1818组风速数据。组风速数据。图九图九 测量风速测量风速（3 3）关闭风洞机，但不要改变风速旋钮的位置。）关闭风洞机，但不要改变风速旋钮的位置。（4 4）分别更换其余两种形状（）分别更换其余两种形状（水平型叶片，发散型叶片水平型叶片，发散型叶片）排风口，重）排风口，重复步骤（复步骤（2 2）、（）、（3 3）。）。（5 5）控制无关变量进行多次实验，以减小误差。）控制无关变量进行多次实验，以减小误差。 （6 6）关闭风洞，结束实验。整理并分析实验数据，得出结论。）关闭风洞，结束实验。整理并分析实验数据，得出结论。实验数据分析实验数据分析（1 1）风机风速为）风机风速为 1.06m/s1.06m/s（2 2）空心立方体内各个记录点风速数据）空心立方体内各个记录点风速数据 9 9个白色数据点在中心平面上，个白色数据点在中心平面上，9 9个蓝色个蓝色数据点在靠壁平面上。数据点在靠壁平面上。图十图十 数据点位置图数据点位置图得到结果如下表：得到结果如下表：（a a）田字格叶片（加粗为出风口风速）田字格叶片（加粗为出风口风速）（b b）水平型叶片）水平型叶片（c c）发散型叶片）发散型叶片（3 3）计算能量传递效率）计算能量传递效率得到结果如下表：得到结果如下表：（a a）田字格叶片）田字格叶片（b b）水平型叶片）水平型叶片（c c）发散型叶片）发散型叶片以下用图更直观地表现，圆形面积代表风能传递效率的大小。以下用图更直观地表现，圆形面积代表风能传递效率的大小。（a a）田字格叶片）田字格叶片（b b）水平型叶片）水平型叶片（c c）发散型叶片）发散型叶片实验总结实验总结（1 1）出风口位置风速仪示数波动最小，靠壁的地方风速波动比较大。）出风口位置风速仪示数波动最小，靠壁的地方风速波动比较大。（2 2）田字格叶片风速波动变小，出风更加平稳，但效率更低。）田字格叶片风速波动变小，出风更加平稳，但效率更低。（3 3）发散型叶片较水平型叶片风速波动较为平缓，然而效率也更为低下。）发散型叶片较水平型叶片风速波动较为平缓，然而效率也更为低下。（4 4）出风口风速：水平）出风口风速：水平 田字田字 发散。发散。（5 5）在出风口平面上田字格叶片风速变化最小，出风最均匀。）在出风口平面上田字格叶片风速变化最小，出风最均匀。（6 6）在不考虑能耗情况下，发散式叶片可根据房间实际情况调整角度达到最）在不考虑能耗情况下，发散式叶片可根据房间实际情况调整角度达到最佳送风效果，可使如佳送风效果，可使如火车站火车站，机场机场等大型共送场所得到最佳的用户体验。等大型共送场所得到最佳的用户体验。（7 7）在不考虑出风稳定性情况下水平型叶片效率最高，能耗最小，可使如）在不考虑出风稳定性情况下水平型叶片效率最高，能耗最小，可使如医医院院，商场商场等大型场所节约成本。等大型场所节约成本。