空气动力学实验风洞流场性能验证

表 4 上下游速度场重复性测定结果及风速比值
上游采样断面
下游采样断面
设定风量
上下游风
x±s 最大相对偏差 x±s 最大相对偏差
（m3/h）
速比值
（m/s）
（%）
（mBaidu Nhomakorabeas）
（%）
900 1.2±0.05
8.3
1.3±0.08
7.8
0.92
1 300 1.8±0.05
5.6
1.9±0.11
5.3
0.95
通过理论计算和实验结果可以看出，空气动力学实验风洞 流场为紊流。紊流流场能保证发生的污染物在气流的扰动下与 空气充分混合均匀，使污染物到达空气净化消毒装置进口断面 时浓度均匀，对装置的评价更为客观。同时，负压风洞可以避免 风洞内的污染物泄漏造成实验室污染。
空气动力学实验风洞速度场良好的均匀性、稳定性和一致 性，能够保证在实验过程中实验条件保持一致，确保实验数据具 有代表性，降低了实验工作量。
结果 在风洞风量范围内，空气动力学实验风洞上下游采样断面各检测点风速相对偏差均小于 10%。风量设定后，不同时
间上下游采样断面平均风速相对偏差小于 10%，上下游采样断面平均风速比值范围为 0.92～1.03。结论 空气动力学实验
风洞流场具有良好的均匀性、稳定性和一致性。
关键词：实验风洞系统；集中空调系统；净化消毒装置；速度场
中图分类号：R126.4
文献标识码：A
Verification of Flow Field Performance of Air Dynamic Wind Tunnel LV Xi-fang, CHEN Xun. Institute of Environment Health and Related Product Safety, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100050, China
表 3 上下游采样断面速度场稳定性测定结果
设定风量 （m3/h）
上游采样断面
x±s
最大相对偏差
（m/s）
（%）
下游采样断面
x±s
最大相对偏差
（m/s）
（%）
900
1.3±0.05
7.8
1.4±0.08
7.1
1 300
1.9±0.05
2.2
2.0±0.13
5.0
1 800
2.4±0.05
4.2
2.6±0.11
4.7
0.98
5 400 7.6±0.18
2.6
7.4±0.16
2.7
1.03
6 300 9.0±0.15
2.2
8.9±0.13
2.2
1.01
7 200 10.3±0.08
1.0
10.0±0.21
3.0
1.03
由表 4 结果可以看出，反复设定同一风量，上下游采样断面 的平均风速最大相对偏差小于 10%，采样断面速度场具有良好 的重复性。 2.2.4 一致性验证 由表 4 上下游采样断面风速比值结果可以 看出，上下游平均风速之比均为 0.92～1.03，近似为 1，表明实验 风洞上下游采样断面速度场具有良好的一致性。
7.8
2 300
3.1±0.08
3.2
3.2±0.23
9.4
2 700
3.6±0.10
5.6
3.5±0.24
8.6
3 600
4.8±0.11
4.2
5.1±0.19
5.9
4 500
6.2±0.05
1.6
6.4±0.36
7.8
5 400
7.5±0.13
1.3
7.3±0.22
4.1
6 300
8.9±0.20
1 800 2.5±0.05
4.0
2.6±0.08
3.8
0.96
2 300 3.1±0.10
3.2
3.2±0.18
6.2
0.97
2 700 3.6±0.08
2.8
3.5±0.08
2.8
1.03
3 600 4.9±0.13
4.1
5.0±0.11
4.0
0.98
4 500 6.3±0.08
1.6
6.4±0.36
环境与健康杂志 2010 年 3 月第 27 卷第 3 期 J Environ Health, March 2010, Vol．27, No．3
·213·
文章编号：1001-5914（2010）03-0213-02
【集中空调生物污染与健康研究专栏】
空气动力学实验风洞流场性能验证
吕锡芳，陈逊
摘要：目的 研究空气动力学实验风洞流场性能。方法 通过测定风洞的采样断面检测点风速，对速度场进行评价。
1.9±0.12
5.3
1 800
2.6 2.3 2.4 2.6
2.5±0.15
6.0
2 300
3.3 3.4 3.4 3.3
3.4±0.06
9.4
2 700
3.5 3.9 3.8 3.3
3.6±0.28
8.3
3 600
5.0 5.3 5.3 4.6
5.1±0.33
9.8
4 500
6.2 6.7 6.8 5.8
Key words: Wind tunnel; Central air conditioning system; Air cleansing and sanitizing devices；Flow field
为配合《公共场所集中空调通风系统卫生规范》[1]实施，建立 集中空调空气净化消毒装置实验室检验方法，我所设计安装了 用于检测集中空调空气净化消毒装置性能的试验平台—空气动 力学实验风洞。该风洞设计风量为 800～7 200 m3/h，连续可调， 可模拟集中空调系统的不同运行工况。集中空调空气净化消毒 装置性能测试通常采用自然菌或发生特定粒径的颗粒物两种方 法，空气动力学实验风洞的流场类型及速度场性能直接影响污 染物在风洞中浓度的分布。因此，对风洞的流场类型和速度场进 行研究是非常必要的。
6.2
2 700
3.5 3.8 3.9 3.6 3.7±0.16
5.4
3 600
4.7 5.2 5.3 4.7 5.0±0.30
6.0
4 500
6.0 6.3 6.6 5.9 6.2±0.32
6.4
5 400
7.6 7.8 7.9 7.3 7.7±0.29
5.2
6 300
8.8 9.1 9.5 8.5 9.0±0.39
风量范围内，设定 10 个不同实验风量条件。
1 材料与方法
1.1 仪器 TKS 型标准皮托管（上海同济医科大学），QY-200 型倾斜式
微压计（武汉分析仪器厂）。
1.2 实验方法
在风洞的上下游采样段各设定一个采样断面。采样断面直
径为 500 mm，故将其划分为 2 个等面积环，根据公式（1）确定检 测点的数量及位置[2]，如图 1 所示。
2 结果 2.1 流场类型
空气的运动粘滞系数在 0～40 ℃时为 17.09×10-6～19.04×10-6 m2/s，管道直径为 0.5 m，在风道设计风量范围内，采样断面平均 风速范围为 1.1～10.2 m/s，检测断面平均风速范围为 0.9～8.0 m/s。
·214·
环境与健康杂志 2010 年 3 月第 27 卷第 3 期 J Environ Health, March 2010, Vol．27, No．3
3 讨论 通过调整风量，空气动力学实验风洞可以模拟集中空调不同
运行工况及不同部位的流场情况，为集中空调空气净化消毒装置 的效果评价提供了实验平台，为《公共场所集中空调通风系统卫生 规范》的贯彻实施提供了技术手段。与在空气舱中通过测定不同时 间污染物浓度衰减得到的集中空调空气净化消毒装置的净化效果 数据相比，实验风洞能够更为正确地评价装置的净化效果。
基金项目：国家“十一五”科技支撑课题（2006BAI19B04） 作者单位：中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所卫生工
程与应用技术研究室（ 北京 100050） 作者简介：吕锡芳（1967-），男，助理研究员，从事空气污染控制研究。
图 1 采样断面检测点位置图
根据流体力学公式（2），计算雷诺数，确定流场类型。
5.6
7 200 10.2 10.5 10.9 10.0 10.4±0.40
4.8
表 2 下游采样断面检测点风速测定结果及最大相对偏差
设定风量
检测点风速（m/s）
x±s
最大相对偏差
（m3/h）
1
2
3
4
（m/s）
（%）
900
1.3 1.4 1.3 1.3
1.3±0.05
7.7
1 300
1.8 2.0 2.0 1.8
检测点风速（m/s）
x±s
最大相对偏差
（m3/h）
1
2
3
4
（m/s）
（%）
900
1.2 1.3 1.3 1.2 1.2±0.06
8.3
1 300
1.8 2.0 2.0 1.8 1.9±0.13
5.3
1 800
2.3 2.4 2.4 2.2 2.4±0.11
8.3
2 300
3.0 3.3 3.3 3.0 3.2±0.15
参考文献：
［1］ 卫生部卫生监督局. 集中空调污染与健康危害控制〔M〕. 北京：中 国标准出版社，2006：231-249.
［2］ 于正然，刘光铨，单嫣娜，等. 烟尘烟气测试使用技术〔M〕. 北京：中 国环境出版社，1990: 16-43. （收稿日期：2010-02-21 修回日期：2010-03-02） （本文编辑：高申）
姨 rn=R
2n-1 2X
（1）
式中: rn—检测点距管道中心的距离，m；R—管道半径，m；n—自中心点 算起的检测点序号；X—划分的环数。
经确定，每个采样断面设置 4 个风速检测点，使用毕托管— 倾斜式微压计方法[3]，测定上下游采样断面上各点的风速。各点
的风速值均采用同一仪器进行测试，具有同样的系统误差，因 此，方法的系统误差不影响结论。在实验风洞 900-7 200 m3/h 的
Abstract:Objective To verify the flow field performance of the air dynamic wind tunnel. Methods The performance of the flow field was evaluated by testing the flow speed of sample-point on the sample-transect of the tunnel. Results Among the flow range of the tunnel, the relative deviations of the speeds of each sample-point on the sample-transect were less than 10%. When the flow rate was set, the relative deviations of the sample-transect average speed in different test period were less than 10%. The ratio of average wind velocity of upper reach to down reach of the tunnel was between 0.92 and 1.03. Conclusion The flow field of the air dynamic wind tunnel is even, stable and coincident.
3.4
9.0±0.16
2.2
7 200 10.0±0.11
2.0
10.2±0.21
2.9
由表 3 数据可以看出，风量设定后，不同时间上下游采样 断面的平均风速最大相对偏差均小于 10%，采样断面速度场 稳定。 2.2.3 速度场重复性研究 多次设定同一风量后，分别测定上 游采样断面的平均速度。测定结果见表 4。
6.4±0.46
9.4
5 400
7.2 8.0 7.9 6.8
7.5±0.57
9.3
6 300
8.5 9.4 9.4 8.1
8.9±0.66
9.0
7 200 10.0 10.8 10.5 9.1 10.1±0.74
9.9
2.2.2 速度场稳定性研究 设定某一风量稳定后，每间隔 10 min，分别测定上游采样断面上的平均风速，计算 5 次测定均 值和最大相对偏差。测定结果见表 3。
由公式（2）计算可知，Re 远大于 4 000，故流场类型为紊流流场。 2.2 速度场性能研究 2.2.1 速度场均匀性研究 由表 1、表 2 数据可以看出，同一采 样断面上各检测点风速与断面平均风速最大相对偏差小于 10%，断面速度场均匀。
表 1 上游采样断面检测点风速测定结果及最大相对偏差
设定风量
Re=
Vd v
（2）
式中：V—管道中平均流速, m/s ；d—管道直径，m ；v—空气的运动粘滞 系数，m2/s 。
根据公式（3）计算单次测定值与平均值的最大偏差与平均
值之比，即最大相对偏差。
Max 最大相对偏差=
Vi－V軍
×100
（3）
V軍
式中：Vi—第 i 个检测点的风速，m/s；V—采样断面平均风速，m/s。