剧场风洞流道项目初步方案

1                      项目概况

需求单位（最终用户）：XXX单位（未知）

承建方：XXX单位（未知）

建设地：上海

2                      技术需求

（1）                      剧院净空间尺寸，6.5米8米10米；

（2）                      为观众区提供模拟风，最大风速10为米/秒，变频可调。

（3）                      保证观众区的气流分布。

3                      设计考虑要点

    风洞项目点主要需要考虑以下几方面：

（1）                      剧院模拟的风集中在剧场底部的观众区，所以出风口应设置在观众的正前方（即风机造型的底部）。

（2）                      观众区的面积约为宽3m×长4.8m，观众区前排与后排的风力有一定差异，后排座椅区需尽量与前排错开布置。

（3）                      为满足后期商业运营，风机计算应充分考虑较高的能效及更低的噪音。

（4）                      尽可能大程度的增大风扇造型墙的尺寸，使观众具有较强的冲击视觉感，降低出风口对造型的破坏。

4                      总体布局

风洞项目为最大可能保证剧院的整体布局，采用风道沿剧场上方回流的方式，这样可以尽量空出剧场的左右两侧空间。动力风机位于风扇造型墙正后方，这种动力0风机位置分布可以充分利用风扇造型墙后方的遮挡区域，尽可能增大观众区的实际使用面积。出风口采用小尺寸出风口尺寸（约1.2m），共计3个，分布于风扇造型墙底部，厂房的主视图如下图。

图 4‑1厂房主视图

观众区距离前方风扇造型墙约4-4.5m，观众就座后，出风口与观众头部基本保持在一个水平线上，可以大程度保证风的利用率。根据出风方向，风机垂直向下吹风，这样可以尽可能减少动力风扇组所占的面积，厂房的俯视图如下图所示。

图 4‑2厂房府视图

5                      流道设计

5.1                      流道回路设计

本试验系统主要由风洞流道（及流道内拐角导流片）、风机组成。风洞流道主要如下图所示。出风口设计3200mm*1200mm口径，共计3个出风口。

图 5‑1流道出风口示意图

本风洞流道的主体结构由风机、3个拐角段、动力段、等直段、扩散段、收缩段等部分组成，采用符合气动轮廓要求的钢板(Q235B)焊接和法兰连接组成。为保证试验平台的密封性能，各部段采用法兰连接。各部段通过支腿与吊装方式固定在楼体上。流道气动轮廓图如下图所示。

图 5‑2流道气动轮廓图

风道各部分尺寸为：

1）       第一拐角

采取矩形截面，尺寸为5000mm*2000mm,内装有8片气流导流片，进口位于剧场顶部，采用进气格栅。

2）       等直段

为保证收缩段的入流品质，风洞需要有等直段，等直管道选取较长的长度来起到静流段的作用，等直段截面为矩形结构截面尺寸为5000mm*2000mm，长8000mm，内部可以根据用户要求设置空气净化装置。

3）       第二拐角

第二拐角与等直段相连，截面尺寸为5000mm*2000mm，内有8片气流导流片。

4）       收缩段

收缩段对气流起加速作用，同时能够降低气流的纵向和横向湍流度，收缩段进口为5000mm*2000mm，出口为3200mm*1100mm，主要提高气流速度，增加风扇进气速度，提高风扇效率。

5）过渡段

为实现气流的平稳过渡，布置方圆过渡段从而对气流进行过渡。过渡段为矩形结构变为3个独立圆形结构，与动力段风机相连。长度为1000mm。

6）动力段

动力段作为动力源提供风洞运行所需的能量，为风洞的心脏，动力段拟使用1100mm直径风机，总功率为15KW。由变频控制，上位机采用PLC终端触摸屏给定速度。

7）扩散段

入风口为1100mm*3200mm，出风口为1200mm*3200mm，可以根据用户要求风覆盖面积确定。

5.2                      风机设计

按照经典流体阻力损失计算方法，取试验区（观众区）风速为15m/s，按照标准大气压力101325Pa，，试验区温度25℃，试验段密度1.225，考虑到洞体加工粗糙度与计算用表面粗糙度可能会存在差异，以及厂房通风情况影响，预计单台风机功率约为5kW，数量为3台，总功率为5×3=15kW，风机将在详细设计后给出选型，风机直径约为1.1m，竖直朝下放置，一字型分布。

6                      系统控制

控制系统的整体架构基于工业以太网，采用基于现场总线和网络化的分布式测控系统。采用分布式结构使测控功能分散化、各子系统既可独立运行，又可通过网络相互联系和协调工作，使故障影响减至最小，整体系统安全可靠，操作灵活，维修方便，也易于系统的扩展和更新。采用分布式采集控制方案使复杂分布、分散的系统构成一个完整的自动化程度高、生产率高，支持风洞试验平台所有阶段运转的网络测控系统，系统框架图如下。

图 6‑1控制系统原理组成

主要包括为主控系统、风机控制系统、采集系统、安全系统等。测控系统通过以太网将主控制系统和下级控制系统连接起来。主控软件位于顶层，控制器PLC作为中间层，能够接收指令。数据采集的功能是监测实时数据，记录试验过程中风洞的压力、温度等参数，后台程序进行数据的处理和计算并存储数据。安全系统能够有效保障试验设备的运行安全，当非关键系统故障时，能够自动采取紧急停车等措施，避免重大人身伤害及重大设备损害的事故发生。

测量风速采用风速管，在造型风扇前方安装风速管，其方向与出方口轴线方向一致，并用测量管将总压和静压连接到风速管上，通过测量压差，经PLC采集系统采集后计算出风速。

7                      配电

系统用电为AC380V，预计需要20-30kW(以详细设计为准)，需要客户在附近预留供电点，并连接至配电箱/柜处。以最大风速运行时，每小时消耗电量约20kWh