kab
30th November 2009, 12:50 PM
تونل باد
2-1- کاربرد تونل باد
علم ایرودینامیک در ابتدا یک علم آزمایشگاهی و تجربی بوده و در حال حاضر در بعضی جهات به همین صورت باقی مانده است و روش های گوناگون طراحی اجسام پرنده ، در بیشتر موارد ، تنها پس از انجام آزمایشات مختلف تجربی و عملی ، به جواب مطلوب می رسند. در ایرودینامیک تجربی یکی از وسایلی که کارایی خود را به صورت کامل به نمایش گذاشته تونل باد است. این وسیله از آن جهت مورد استفاده قرار می گیرد ، که می توان توسط آن مدلی از اجسام را با شرایط دلخواه آزمایشگاهی مورد تحلیل و بررسی قرار داد و نتایج بدست آمده را برای نمونه ی اصلی وسیله ی مورد استفاده برای طراحی قرار داد. از آنجایی که ایرودینامیک علمی است که پدیده ی عبور جریان یک سیال را در اطراف اجسام مختلف بررسی می کند ، تونل باد به عنوان مهمترین ابزار تحقیقاتی در مسایل مختلف آن از دید تجربی و عملی شناخته می شود.
اهمیت تونل باد در تحقیقات و ساخت قطعات ایرودینامیکی به حدی است که بدون وجود آن ، امکان به ثمر رسیدن اغلب طرح های صنایع وعلوم هوافضایی وجود ندارد و حتی می توان ادعا نمود که تا کنون هیچ طرح عمده ای در صنایعی که در ارتباط با جریان سیالات گازی است ، بدون استفاده از این وسیله به نتیجه نرسیده است.
2-2- انواع تونل باد
تقسیم بندی کلی تونل باد
تونل های باد به منظور ایجاد نتایج لازم و مورد نظر ، به اشکال و گونه های متفاوتی طراحی و ساخته می شوند. در بررسی کلی بر روی طبقه بندی های مختلف به پنج روش کلی و اساسی می رسیم که هر یک از آن ها در درون خود شاخه های فراوانی را شامل می شوند. این پنج نوع تقسیم بندی عبارتند از :
· از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape)
· از نظر مسیر جریان هوا (Air StreamLine)
· از نظر سرعت جریان هوا و عدد رینولدز در مقطع آزمون (Reynolds Number)
· از نظر شکل قرار گرفتن و نصب بدنه (Installation)
· از نظر موارد استفاده و کار برد تونل (Using & Performance)
لازم به ذکر است که یک تونل باد مشخص ، می تواند در دو یا چند قسم از این دسته بندی ها به صورت همزمان قرار بگیرد. برای روشن شدن موضوع به شرح هر یک از این دسته بندی ها می پردازیم:
2-2-1- از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape)
با در نظر گرفتن ابعاد مختلف (طول ، عرض و ارتفاع) مقطع آزمون ، می توان تونل باد را به سه نوع کوچک ، متوسط و بزرگ دسته بندی نمود. مشخصه ای به نام قطر موثر هیدرولیکی (Hydrolic Effective Diameter) در مقطع آزمون تعریف می شود که نسبت سطح مقطع آزمون (S) به محیط تر شده ی آن(P/4) است و با De یا Dh نشان داده می شود:
Dh=De=4S/P
برای تقسیم بندی تونل به سه نوع کوچک ،متوسط و یا بزرگ ، یک قاعده و استاندارد مشخص نداریم و معمولا استاندارد های ملی یا منطقه ای مشخص کننده ی آن هستند. برای مثال از نظر سطح مقطع در آمریکا دسته بندی های زیر را داریم:
· تونل های با مقطع بزرگ (The Big Testsection): مقطع آزمون به حدی است که یک هواپیمای کوچک یا وسایل نقلیه ای چون اتومبیل یا قایق در ابعاد اصلی خود در آن جا می گیرند.
· تونل های با مقطع متوسط (The Medium Testsection): سطح مقطع آزمون آن با حدود تقریبی ، 100 فوت مربع (9.3 متر مربع) است.
· تونل های با مقطع کوچک (The Small Testsection): سطح مقطع بستگی به نوع آزمایش و شکل مدل داشته و در زمینه ی حدود و ابعاد آن اختلاف نظر زیادی وجود د دارد.
روش دیگر برای تقسیم بندی تونل ها ، بر اساس شکل هندسی مقطع آزمون وجود دارد. در این حالت تونل ها را می توان به انواع مختلفی چون با مقطع آزمون دایروی ، مستطیلی ، مربعی ، شش ضلعی و هشت وجهی منتظم و نامنتظم تقسیم نمود. به علاوه تونل هایی با کار بری خاص ، با مقطع ذوزنقه ای و مثلثی طراحی و ساخته شده است.
2-2-1- از نظر مسیر جریان هوا (Air Strim Line)
تونل های باد از این نظر به دو دسته ی کلی و اساسی به نام مدار باز و بسته (Open & Close Circuit Wind Tunnel) تقسیم بندی می شوند ، که از مهمترین و اصولی ترین دسته بندی ها به حساب می آیند. در تونل باد مدار باز ، هوا از اتمسفر آزاد کشیده شده و پس از عبور از قسمت های مختلف کانال تونل و مقطع آزمون ، دوباره به محیط آزاد تخلیه می شود. در این حالت جریان ورودی و خروجی با هم ارتباطی نداشته و بر روی هم تاثیر نمی گذارند. در تونل های مدار بسته ، هوا از مسیری که در ابتدا و انتهای کانال به هم مربوط شده ، عبور می کند. گاهی این مدار های بسته را سیکل بسته هم می خوانند و نیز تونل های مدار بسته ی بازگشتی را از نوع پرانتل یا گرتسینگن می نامند. به طور کلی تونل مدار بسته ، خود به سه دسته ی گوناگون به نام های تونل با بازگشت منفرد (Single Return) ، تونل با بازگشت دوگانه (Double Return) و تونل با بازگشت حلقوی (Annular Return) تقسیم می شوند.
اغلب تونل های مدار بسته از نوع بازگشت منفرد می باشند. تنها یک مسیر برای بازگشت جریان هوا در نظر گرفته شده و سیکل کانال تونل به طور ساده می باشد. در تونل با بازگشت دوگانه ، برای برگشت جریان هوا دو مسیر جداگانه به موازات هم در قرار گرفته است و مسیر رفت که شامل مقطع آزمون است ، به موازات این دو و در وسط آن ها قرار گرفته است. در هر دو نوع تونل با بازگشت منفرد و دوگانه ، از گوشه های ق (Vertical Corners) استفاده شده که دارای پره های گوشه (Corner Vanes) هستند. در تونل با بازگشت حلقوی ، بر خلاف دو نوع دیگر ، در گوشه ها پره ای به کار برده نشده است و به جای گوشه های قاﺌم ، از یک مسیر حلقوی با متغییر زاویه ای به اندازه ی ˚180 استفاده می شود.در این نوع تونل هم می توان از دو مسیر برگشت استفاده کرد.
2-2-1- از نظر سرعت جریان هوا و عدد رینولدز در مقطع آزمون (Reynolds Number)
قبل از بررسی محدوده های سرعت هوا در مقطع آزمون ، لازم است که ابتدا عددی بدون بعد به نام عدد ماخ (Mach Number) را تعریف کنیم. عدد ماخ نسبت سرعت وسیله ی پرنده ی متحرک یا جریان هوا به سرعت صوت در آن با همان شرایط محیطی از قبیل درجه حرارت ، فشار ، رطوبت محیط و چگالی هوا می باشد. این عدد را با M نشان داده و بیشتر برای سرعت های بالا و نزدیک سرعت صوت به کار می رود و سرعت های بیشتر از صوت را نیز معمولا با این عدد نمایش می دهند. تونل باد از نظر سرعت جریان هوا در مقطع آزمون به روش های مختلفی دسته بندی می شود. در یک نوع از این دسته بندی ها با سرعت کمتر از 300 مایل بر ساعت (یا 137 متر بر ثانیه) را تونل باد کم سرعت (Low Speed) و برای سرعت های بیش از این حد ، تونل باد با سرعت بالا (High Speed) می نامند. روش دیگر طبقه بندی تونل ها ، استفاده از محدوده های عدد ماخ است. در این زمینه چندین روش وجود دارد که معمول ترین آن در زیر ارائه شده است:
· محدوده عدد ماخ (3/0-0): تونل باد زیر صوت با جریان تراکم ناپذیر (Incompressible)
· محدوده عدد ماخ (7/0-3/0): تونل باد زیر صوت با جریان تراکم پذیر (Compressible)
· محدوده عدد ماخ (3/1-7/0): تونل باد نزدیک صوت (Transonic)
· محدوده عدد ماخ (5-3/1): تونل باد بالای صوت (Supersonic)
· محدوده عدد ماخ (5< ): تونل باد ماوراء صوت (Hypersonic)
در بعضی کتاب ها و مراجع حدود دیگری را برای موارد عنوان شده در بالا آورده اند. این محدوده ها برای عدد ماخ ، به علت تقریبی بودن بیش از حد و استاندارد نشدن دقیق آن ها در حال حاضر ، نمی توان به عنوان ملاک ثابتی برای دسته بندی تونل قرار داد. روش دیگری برای دسته بندی تونل باد ، استفاده از عدد رینولدز است. تونل باد با عدد رینولدز کمتر از (6^10×2) را تونل باد کوچک و بیش از آن را می توان تونل باد بزرگ نامید. این روش تقسیم بندی بیشتر برای مشخص نمودن نوع آزمایش ها و نتایج حاصل از آنها به کار برده می شود.
2-2-2- از نظر شکل قرار گرفتن و نصب بدنه (Installation)
از این دیدگاه تونل باد را به دو روش کلی می توان تقسیم بندی نمود. در روش اول ، بر حسب افقی یا عمودی بودن محور اصلی تونل (Main Axis) ،که آن را می توان به دو نوع افقی و عمودی (Horizontal & Vertical Wind Tunnel) دسته بندی نمود. لازم به بیان کردن است که محور اصلی تونل ، محور تقارن تونل نیز به حساب می آید که از مرکز هندسی قسمت های مختلف تونل ، به ویژه از مقطع آزمون عبور می کند.
ملاک در افقی یا عمودی بودن تونل ، موازی یا قائم بودن محور تقارن مقطع آزمون نسبت به سطح دریا و افق می باشد. دقت شود که محور تقارن مقطع آزمون، خود قسمتی از محور اصلی می تواند باشد ، ولی بهتر است همواره این محور برای ارزیابی قائم یا افقی بودن تونل در نظر گرفته شود. در حال حاضر ، در بیشتر موارد تونل های باد از نوع افقی هستند. نوع عمودی نیز تنها در تونل های با طول نسبتا کوتاه می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
روش دوم دسته بندی تونل ها ، در نظر گرفتن وضعیت کلی محور اصلی از نظر افقی یا عمودی بودن آن ، نسبت به سطح دریا است. در صورتی که تمام قسمت های تونل به صورت افقی باشد و محور اصلی تونل در کلیه ی قسمت ها ، موازی با سطح مذکور قرار گیرد ، تونل را افقی می نامند و در حالتی که بعضی قسمت های تونل به شکل عمودی قرار گرفته و محور اصلی تونل مربوط به آن نواحی قائم به سطح دریا باشد، تونل را عمودی می گویند.
نکته ای که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که این دو روش تقسیم بندی ، با وجود مشابهت اسمی در کلمات افقی و عمودی در آن ها ، دارای مفاهیم متفاوتی هستند. در روش دوم لازم است که محور تقارن مقطع آزمون ، کاملا به صورت افقی و اصطلاح عمودی یا افقی بودن تونل به قسمت های دیگر آن اطلاق می شود ، حال آن که در روش اول تنها محور مقطع آزمون است که ملاک نامگذاری قرار می گیرد. تفاوت عمده ی دیگر این دو روش این است که روش اول معمولا برای تونل های مدار باز استفاده می شود ، حال آن که روش دوم بیشتر برای تونل های مدار بسته به کار می رود.
2-2-1- از نظر موارد استفاده و کار برد تونل (Using & Performance)
اگر با توجه به کار برد تونل ها ، آن ها را دسته بندی کنیم ، می توانیم کاربرد آموزشی (Technical Application) ، کاربرد آزمایشگاهی (Laboratorial Application) ، کاربرد صنعتی (Industrial Application) و کاربرد تحقیقاتی (Research Application) را برای این دسته ها نام ببریم. در نوع آموزشی ، معمولا هدف از آن نمایش چگونگی عملکرد تونل و انجام آزمایشات محدودی در آن برای نشان دادن هر چه بهتر کاربردهای تونل و خواص ایرودینامیکی اجسام به افراد مبتدی است. این نوع تونل بیشتر در دانشگاه ها و مراکز علمی به منظور آموزش افراد و آشنا کردن آنها با این وسیله می باشد.در نوع آزمایشگاهی تونل هدف بررسی و مطالعه ی نتایج حاصل از آن در زمینه ی پدیده های مختلف ایرودینامیکی و صنعتی است. این نوع مطالعات در سطح متوسطی انجام می پذیرد و مفاهیم گوناگونی چون ایجاد لایه ی مرزی و اثرات هوا و باد بر روی جسم متحرک یا ساکن ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در تونل ها با کاربرد صنعتی ، استفاده های مختلف آن در صنعت مورد توجه قرار می گیرد و از نتایج حاصل از تونل باد ، برای بهینه سازی و ایجاد طرح های مناسب صنعتی بهره برداری می شود.این تونل ها در شکل های متفاوت و تنها برای کسب نتایج ویژه ای ، طراحی و ساخته می شوند. برای مثال تونل هایی برای تعیین اثرات باد بر روی ساختمان ها و پل ها و یا بدست آوردن شکل مطلوب بدنه ی اتومبیل ها و موتور سیکلت ها ، وجود دارند که معمولا تنها دارای کاربرد های ویژه ای هستند. در نوع تحقیقاتی تونل ، این وسیله را برای طراحی و کسب نتایج مطلوب بر روی یک جسم متحرک و یا ساکن مورد استفاده قرار می دهند. برای انجام یک پروژه و ساخت در صنعت هوافضایی در گستره ی وسیعی از این دسته از تونل ها استفاده می شود. این تونل ها دارای وسایل اندازه گیری دقیق و گرانقیمتی بوده و ثبت و استفاده از نتایج حاصل از آن ها اهمیت ویژه ای دارد. برای طراحی و ساخت این نوع تونل ها دقت و توانایی بالایی لازم است.
2-3- انواع تونل باد با کاربرد های ویژه
در کاربرد های صنعتی و هوافضایی تونل باد ، برای رفع نیاز های ویژه و احتیاجات معینی ، تونل هایی با کاربرد ویژه ، طراحی و ساخته می شوند که معمولا دارای عملکرد محدودی هستند و تنها نتایج مشخصی را ارایه می دهند. به علت وجود مسائل مختلف در کلیه ی شاخه های صنعتی در ارتباط با تونل باد ، این تونل ها از گسترش و توسعه ی نسبتا زیادی برخوردار شده اند. در این نوشته تنها به ارائه ی مواردی که دارای عمومیت و کارایی بیشتری بوده و از تونل های با کاربرد ویژه شناخته شده ، می پردازیم.
· تونل با چگالی متغییر Variable Density Tunnel
· تونل با عدد رینولدز بالا High Reynolds Number Tunnel
· تونل با مقیاس کامل Full Scale Tunnel
· تونل پرواز آزاد Free Flight Tunnel
· تونل پرخش Spin Tunnel
· تونل پرنده های عمود پرواز Vertical STOL (Short Take-Off And Landing) Tunnel
· تونل پایداری Stability Tunnel
· تونل دو بعدی Two Dimensional Tunnel
· تونل یخ Ice Tunnel
· تونل چند منظوره All Purpose Tunnel
· تونل اتومبیل Automobile Tunnel
· تونل ملخی Propeller Tunnel
· تونل فوق تبرید Cryogenic Tunnel
· تونل دود Smoke Tunnel
· تونل القایی Induction Tunnel
· تونل موتور احتراقی Combustion Engine Tunnel
· تونل لایه ی مرزی Boundary Layer Tunnel
· تونل سازه ها Structures Tunnel
· تونل آزمایش فن Fan Test Tunnel
· تونل تند باد Gust Tunnel
· تونل دمنده Blower Tunnel
· تونل با رطوبت بالا High Moisture Tunnel
· تونل ایروالاستیک Aeroelastic Tunnel
· تونل ارتفاع زیاد High Height Tunnel
· تونل مکش Suction Tunnel
· تونل برف Snow Tunnel
· تونل انبساط Expansion Tunnel
· تونل ردیف پره Cascade Tunnel
· تونل فشار Pressure Tunnel
· تونل تراکم هوا Air Compression Tunnel
· تونل جلو برندگی Propulsion Tunnel
· تونل اتمسفری Atmospheric Tunnel
__________________
بخش دوم
2-2- اجزاء تونل باد
2-2-1- اجزاء اصلی تونل باد
2-4-1-1- مقطع آزمون (Test Section)
مهمترین بخش در هر تونل باد این قسمت است و تمامی آزمایش ها در این نقطه انجام می شود. همواره سعی طراحان تونل این است که تمامی شرایطی که در حالت واقعی برای وسیله ی مورد سنجش ممکن است رخ بدهد را ، در مقطع آزمون شبیه سازی کنند. بنابر این در هنگام طراحی و محاسبات مربوط به بخش های مختلف تونل ، پارامترهای این قسمت از قبیل ابعاد ، سرعت هوا ، درجه حرارت و عدد رینولدز در آن تاثیر عمده ای می گذارد و می توان گفت طراحی کلیه ی قسمت های تونل بستگی به مشخصات مقطع آزمون دارد. در واقع مشخصات جریان هوا در مقطع آزمون به عنوان پارامترهای ورودی در طراحی تونل محسوب می شوند.
مقطع آزمون را می توان با توجه به ابعاد مختلف آن (طول ،عرض و ارتفاع) به سه دسته ی کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم کرد. برای تقسیم بندی تونل به این سه دسته هنوز قاعده و استانداردی در نظر گرفته نشده است و هر یک از کشورها به صورت مستقل محدوده ای را انتخاب می کنند و گاهی نیز مشاهده شده است که ، این دسته بندی ها بر اساس سطح مقطع آزمون توام با سرعت هوای آن به کار برده شده است. برای نمونه از نظر سطح مقطع آزمون در آمریکا تونل های باد در سه نوع بزرگ ، متوسط و کوچک شناسایی می شوند ، که شرح آن در بخش تقسیم بندی تونل های باد از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape) گذشت.
بدنه ی اصلی مقطع آزمون از ماده ای شفاف مانند شیشه ی نشکن ، پلکسی گلاس و یا طلق ساخته می شود و معمولا سطح زیرین مقطع از مواد سخت تر مانند آهن ساخته می شود. به منظور دسترسی به داخل این ناحیه دریچه هایی نیز در دیوارهای کناری مقطع قرار داده می شود. برای انجام اندازه گیری های لازم و عکس برداری از مدل یا مشاهده ی جریان سیال بر روی نمونه که توسط دود آشکار سازی شده است ، لازم است در زمان آزمایش نور و روشنایی کافی در این ناحیه وجود داشته باشد. برای این منظور از نور افکن یا چراغ هایی که در دیوارها کار گذاشته شده است استفاده می شود.
وجود جریان یکنواخت از عوامل مهمی است که در مقطع آزمون باید مورد توجه قرار گیرد. برای دستیابی به این مهم ، علاوه بر محاسبه ی شکل ناحیه های گوناگون به منظور جلوگیری از جدایش لایه ی مرزی در مقطع آزمون و استفاده از لانه زنبوری ها و توری ها ؛ با تعبیه ی مواد ارتعاش گیر در اطراف دیواره ها و در محل تماس مقطع با قطعات کناری ، تا حد ممکن از انتقال ارتعاش ، لرزش و سر و صدا به مقطع آزمون جلوگیری می شود.
برای کاهش اثرات نامطلوب ناشی از وجود گوشه های قائم در مقطع آزمون ، در چهار گوشه ی آن سطح شیب دار قرار می دهند که به آن فیلت (Filet) می گویند. فیلت ها در طول مقطع آزمون و در چهار گوشه ی آن امتداد می یابند و شیب کم فیلت ها به منظور جبران سازی رشد لایه ی مرزی در آن است. معمولا فیلت ها دارای زاویه ای در حدود 45-35 درجه می باشند. همان گونه که پیش از این بیان شد ، برای تامین نور کافی نور افکن هایی به کار می رود. معمولا محل این نور افکن ها در تونل های بزرگ و متوسط در فیلت ها است.
نسبت طول مقطع آزمون به ارتفاع آن در محدوده ی 3-1 است، که نسبت بهینه ی پیشنهاد شده در حدود 5/1 است.
در اثر عبور جریان هوا از روی سطوح مقطع آزمون ، لایه ی مرزی بر روی آن ها ایجاد می شود و این باعث کاهش سطح موثر مقطع می شود. طبق قانون پیوستگی با کاهش سطح مقطع ، سرعت هوا افزایش یافته و افت فشار استاتیکی نیز افزایش می یابد. از ین رو برای جلوگیری از این افت فشار مقطع آزمون را کمی واگرا می سازند. زاویه ی واگرایی معمولا در حدود نیم تا یک درجه است.
2-4-1-2- منفذ تنفس (Intake)
ناحیه ی ورود هوا به تونل باد است. در تونل های باز این قسمت در ابتدای ورودی هوا که در سمت دیفیوزر است ، قرار می گیرد.
2-4-1-3- دیفیوزر یا پخش کن (Diffuser)
در تونل افت توان متناسب با توانت سوم سرعت هوا است ، لذا در قسمت هایی که سرعت ها نسبتا زیاد است ، باید آن را کاهش داد. برای این منظور از دیفیوزرها استفاده می شود تا باعث انبساط جریان و کاهش سرعت شود و در نتیجه فشار استاتیک را افزایش دهد و از طرفی به دلیل افت فشار حاصل از اصطکاک بدنه باید این کاهش سرعت در کمترین فاصله صورت گیرد. جنس مواد مورد استفاده در دیفیوزر می تواند ورق گالوانیزه ، تخته سه لایی ، و انواع فیبر باشد. بهتر است که دیفیوزر به صورت یک تکه ساخته شود ؛ ولی معمولا به دلیل طول زیادش ، آن را چند تکه می سازند. یکی از مسائل عمده در دیفیوزرها با توجه به گرادیان فشار مثبت در آن ، جدایش جریان و ایجاد لایه ی مرزی است. این امر سبب ارتعاش ، نوسان سرعت هوا در مقطع آزمون ، نوسان بار فن و افزایش افت در تونل می شود. جریان ورودی به دیفیوزر باید به طور کامل یکنواخت باشد. به علت وجود بخش های پیش از دیفیوزر که تشدید کننده ی اغتشاش هستند ، یکنواختی به مقدار زیادی کاهش می یابد. از عوامل مهم ایجاد غیر یکنواختی جریان ورودی به دیفیوزر می توان به طول زیاد مقطع آزمون اشاره کرد ، همچنین از دیگر عواملی که سبب تشدید این امر می شود ، می توان به نصب مدل و نگهدارنده ی آن و وسایل اندازه گیری اشاره کرد. قبل از دیفیورز تونل ، فن قرار گرفته است که بر اثر دوران روتور آن و برخورد جریان هوا با پره های نگه دارنده و میله های کمکی فن در جریان ، اغتشاش زیادی ایجاد می گردد که در تونل های مدار بسته این مشکل را با به کار بردن دیفیوزری اضافی بعد از زاویه ی باز سوم و قبل از محفظه ی آرامش ، تا مقدار زیادی برطرف کرد. این دیفیوزر دارای زاویه ی واگرایی نسبتا زیادی است که و لذا امکان دستیابی هر چه بیشتر به نسبت انقباض بالا در نازل مربوطه را فراهم می سازد و همچنین سرعت هوا را قبل از محفظه ی آرامش به حد زیادی کاهش می دهد ، که این امر از نظر طراحی تونل مطلوب شمرده می شود. بنابراین در تونل های مدار بسته و مدار باز از چندین دیفیوزر مختلف می توان بهره برد که هر یک از آن ها دارای کاربرد خاص خود هستند. در تونل های مدار بسته ، انرژی جنبشی جریان هوای عبوری در گوشه ی چهارم تونل به همراه اغتشاشات ناشی از تغییر جهت جریان به کمک پره های گوشه ، توسط دیفیوزر آخر کاهش یافته و در انتهای آن انرژی فشاری جریان هوا ، افزایش چشم گیری می یابد که به این دلیل قسمت انتهایی این دیفیوزر را ناحیه ی استاتیک می گویند. دیفیوزر کوچکی که معمولا در ناحیه ی فن قرار می گیرد ، به منظور ایجاد انبساط جریان هوا در آن جا قرار گرفته است. با این حال در تونل های مدار باز و مدار بسته کاربرد های متفاوتی از این دیفیوزرها مشاهده شده است.
در دیفیوزرها سطح ورودی و خروجی و زاویه ی واگرایی اهمیت ویژه ای داشته و در طراحی مورد توجه قرار می گیرد. برای آن که دیفیوزر در هنگام عبور جریان دارای عملکرد مناسب باشد ، باید ورودی به آن از یکنواختی مطلوبی برخوردار باشد. دیفیوزری که پس از مقطع آزمون قرار می گیرد ، معمولا دارای جریان ورودی یکنواختی نبوده و در طراحی آن و محاسبات مربوط به آن خطای بیشتری ممکن است ایجاد گردد ؛ از این رو برای این دیفیوزر، دقت بیشتری باید اعمال شود.
زاویه ی واگرایی دیفیوزر که زاویه ی بین دو دیوار مقابل به هم در آن است ، در نهایت به 7 درجه می رسد ؛ در هر حال این زاویه بستگی به نسبت سطح ورودی و خروجی دیفیوزر و نیز گرادیان فشار و مقدار بازیابی فشار استاتیک دارد و از طرفی باید خط جدایش را در بر نداشته باشد. زاویه ی بهینه برای زاویه ی واگرایی در طراحی های کلی و گوناگون تونل ، اغلب 5 درجه توصیه شده است. معمولا دیفیوزرهایی که زاویه ی واگرایی بیش از 6 درجه دارند را دیفیوزر زاویه باز می گویند.
برای بدست آوردن نسبت انقباض بزرگتر ، از یک دیفیوزر زاویه باز قبل از محفظه ی آرامش استفاده می شود. این دیفیوزرها معمولا با نسبت سطح 4 و زاویه ی واگرایی 45 درجه به کار می روند. در داخل این دیفیوزرها می توان از چند ردیف طولی استفاده نمود تا نوسانات سرعت در دیفیوزر را کاهش داده و جریان نسبتا یکنواختی را ایجاد نماید. نسبت سطح دیفیوزر به ندرت از عدد 5 تجاوز می کند.
شکل سطح مقطع دیفیوزر اول معمولا وابسته به شکل مقطع آزمون است و تغییر سطح مقطع از مقطع آزمون تا دیفیوزر اول کاری دشوار بوده و به ندرت انجام می گردد. در دیفیوزر دوم انتخاب شکل سطح مقطع اختیاری بوده و تا حد زیادی محدودیت دیفیوزر اول را ندارد. طراحی دیفیوزر مدار باز ، مشابه تونل های مدار بسته است با این تفاوت که زاویه ی واگرایی آن ها کمی بزرگتر است. استفاده از توری در دیفیوزرهای زاویه باز که مقدار باز شدگی آن ها کم است ، اصولا توصیه نشده است.
افت فشار در دیفیوزرها ، در حدود 2 تا 3 برابر افت فشار در نواحی بدون تغییر سطح مانند کانال های رابط در تونل است. در تونل های مدار باز ، دیفیوزر زاویه باز بیشتر در تونل دمنده با فن گریز از مرکز استفاده می شود ؛ چون این گونه تونل ها در مقایسه با تونل های مدار باز مکنده حساسیت کمتری نسبت به اغتشاش دارند.
2-4-1-4- گوشه ها و پره های آن (Corners & Blades)
در بیشتر تونل های مدار بسته و یا مشابه به آن ، برای تغییر جهت در مسیر هوا لازم است کانال عبور هوا مقداری تغییر جهت بدهد. این تغییر می تواند به شکل های مختلفی در بدنه ی تونل ایجاد گردد. برای این منظور می توان در چهار گوشه ی کانال ها از گوشه های قائمی برای تغییر جهت جریان هوا استفاده کرد و یا از دو نیم حلقه ی 180 درجه ای در انتهای هر سمت مسیر استفاده کرد. استفاده از گوشه های مکمل نیز مرسوم است ، به این ترتیب که مجموع زوایای هر دو گوشه 180 درجه شود که در این حالت تونل به شکل ذوزنقه در خواهد آمد. به طور کلی این نوع گوشه ها در تونل های باد با طول نسبتا زیاد به کار رفته اند ، که هدف از آن کاهش طول دیفیوزر بزرگ در مسیر برگشت جریان است. تغییر مسیر در جریان هوای عبوری از گوشه های تونل ، همواره با مقداری تلفات قدرت همراه است.برای کاهش این تلفات در گوشه از پره استفاده می شود.این پره ها باعث هدایت جریان هوا به مسیر دلخواه شده و زاویه ی لازم را منطبق بر تغییر مسیر کانال در جریان ایجاد می نماید. در گوشه های قائم و زاویه دار استفاده از پره ها ، بر خلاف گوشه های حلقوی و انحنا دار، رایج است.
بر اثر برخورد جریان هوا با دیواره و پره های گوشه ، مقدار زیادی لرزش و سر و صدا ایجاد می شود که برای جلوگیری از آن ، روش های گوناگونی را به کار می برند. یکی از این روش ها استفاده از ماده ای به نام پلاست (Plast) است که بیشتر از ترموپلاست ها (Thermoplastics) به شمار می رود. استفاده از مواد ترکیبی (Composite Materials) نیز برای ساخت قطعات این بخش متداول است.
در تونل های بزرگ به منظور خنک کردن جریان هوا و پره های گوشه ، از تزریق آب سرد در این پره استفاده می کنند. برای دستیابی به این هدف باید پره ها را تو خالی ساخته و لوله هایی در آن ها قرار داد که آب سرد توسط یک پمپ کوچک خارجی ، جریان یافته و باعث خنک سازی پره ها و در نتیجه هوای عبوری از روی آن ها شود.
2-4-1-1- فن و متعلقات آن (Fan & Accessory)
فن را می توان به عنوان یک توربوماشین در راستای فرایند انتقال انرژی ، زیر مجموعه ای از علوم ترمودینامیک و مکانیک سیالات توصیف کرد. توربوماشین نیز به معنای ماشین دواری است که به صورت هد فشاری به سیال انرژی می دهد و یا از طریق اخذ انرژی از سیال کار انجام می دهد. این تعریف مجموعه ی بزرگی از ماشین های تبدیل انرژی را شامل می شود که کاربرد های فراوانی را خواهند داشت. اگر کل توربوماشین ها را به دو دسته ی هیدرولیکی و حرارتی تقسیم کنیم ؛ فن ها از آن جا که با گاز ها در ارتباط هستند ، در دسته ی دوم قرار می گیرند. انواع فن عبارت است از :
· فن های گریز مرکزی(Centrifugal Fans)
· فن های جریان محوری (Axial Flow Fans)
· فن های گریز مرکزی – محوری (Axial – Centrifugal Fans)
· هوا کش سقفی (Roof Ventilator)
· دمنده های جریان متقاطع (Cross Flow Blowers)
· دمنده های گردابه ای یا دوباره تولید کننده (Vortex or Regenerator Blowers)
در تونل های باد بیشتر از فن های جریان محوری استفاده می شود و به ندرت از فن های سانتریفیوژ استفاده می شود.
از عوامل تعیین کننده ای که در انتخاب یا طراحی فن دخالت دارند ، می توان به دبی و فشار مطلوب طراح تونل اشاره کرد. در روش آزمون و خطا برای یافتن فن مطلوب می توان با تغییر تعداد پره های روی توپی (Hub) ، تغییر قطر توپی ، قطر پره ، دور دوران پروانه و غیره به هدف مورد نظر دست یافت.
مشخصات پروانه (Impeller Specification) هم از نکات بسیار مهم در تونل است که باید به آن دقت شود. در زیر چند مورد مهم بیان می شود:
· سرعت نوک پره (Tip) بیشتر از ریشه پره (Root) است و بنابراین زودتر به استال می رسد ، پس باید یک زاویه ی بیشتری در ریشه ایجاد گردد تا این نقیصه را بپوشاند این زاویه (Blade Angle) نام دارد و در واقع زاویه ای است که در هر نقطه از پره بین سطح دوران پره و وتر مقطع ایرفویل در آن نقطه به وجود می آید.
· هر پره باید مانند هواسر (Airfoil) طراحی شده باشد.
· با توجه به این که با جابجایی هوا توسط پره نیرویی در راستای محور تولید می گردد و این نیرو باید در سراسر پره یکسان باشد ، لذا برای یکسان سازی این نیرو و با توجه به سرعت خطی بیشتر در نوک پره ها ، باید نوک پره ها نسبت به ریشه ی پره هوای کمتری را جابجا کند.
در تونل های باد برای دستیابی به جریان هوا با دبی کنترل شونده دو روش وجود دارد:
· تغییر گام پره ها (زاویه ی پره ها)
· تغییر دور دوران پروانه
که مزیت روش اول اقتصادی تر بودن آن است.
از دیگر نکات مهم در انتخاب یا طراحی پروانه ماکزیمم آلودگی صوتی سیستم می باشد ، که با توجه به اندازه ی تونل باد و محل قرار گیری آن متفاوت می باشد.
قدرت موتور ، دور موتور ، راندمان پره و صلبیت پره از دیگر نکات قابل توجه در این بخش می باشند.
2-4-1-1- کانال رابط بین گوشه ها (Connecting Canal )
در مدار های بسته ی تونل باد ، بین حد فاصل گوشه های اول و دوم و همچنین سوم و چهارم ، کانالی قرار می گیرد که سطح مقطع آن ثابت است و تنها برای انتقال جریان هوا از مسیر رفت به مسیر برگشت تونل و معکوس این حالت کاربرد دارد. این دو کانال رابط تا حد امکان باید دارای طول کم بوده تا تلفات قدرت در تونل افزایش زیادی نداشته باشد.
سطح مقطع این دو کانال اغلب با هم متفاوت بوده و کانال رابط بین گوشه ی سوم و چهارم بزرگ تر است. شکل و ابعاد مقطع این قسمت ها عموما مشابه گوشه ها می باشد. کانال رابط گاهی به دلیل سطح دایروی آن بنا به شکل مقطع آن ، استوانه ای (Cylinder Section) نامیده می شود. البته می توان این کانال را با سطح مربعی ، هشت ضلعی و یا اشکال دیگر ساخت که این امر بستگی زیادی به شکل مقطع آزمون دارد ولی باید توجه داشت که به دلیل دایروی بودن مقطع آشیانه ی فن جریان محوری کانال رابط بین گوشه ی اول و دوم ، بهتر است به صورت استوانه ای باشد. در غیر این حالت لازم است در گوشه ی دوم به صورت استوانه ای باشد یا این که قبل از فن تغییر شکل مقطع به وجود آید. البته با توجه به چرخش جریان در گوشه ی دوم و اغتشاش زیاد در آن به راحتی می توان این تغییر شکل را ایجاد نمود ، بدون آن که تاثیر عمده ای بر روی رژیم جریان نهاده شود.
جنس مواد در این قسمت محدودیت خاصی ندارد و می توان از همان موادی که در بدنه کلی تونل استفاده می شود ، برای آن نیز به کار برد. البته برای اشاره ی بیشتر می توان از همان موادی گفت که کانال های رابط را اغلب از چوب ، فلز یا قالب های بتونی (Concrete) می سازند.
بخش سوم
2-4-1-1- نازل(Nozzle)
گروه نازل از سه بخش عمده تشکیل شده است:
· محفظه ی آرامش
· نازل انقباض
· مقطع سکون
محفظه ی آرامش برای کاستن سرعت جریان هوا و میزان اغتشاشات به کار می رود و در این قسمت از تونل ، سرعت هوا به کمترین مقدار ممکن خود خواهد رسید. در اینجا انرژی جنبشی تا حدود زیادی تحلیل یافته و فشار استاتیکی (Static Pressure) در این محفظه زیاد می شود.این قسمت در تونل های مدار بسته ، بعد از دیفیوزر زاویه باز و در صورت عدم وجود آن ، پس از گوشه ی چهارم قرار می گیرد. در تونل مدار باز ، این قسمت در ابتدای تونل و قبل از نازل انقباض قرار گرفته است.
پس از محفظه ی آرامش ناحیه ای به نام نازل انقباض قرار دارد که در آن خطوط جریان به مقدار زیادی همگرا و متراکم می شوند. با استفاده از این نازل در فاصله ی کوتاهی سرعت بسیار کم جریان هوا در محفظه ی آرامش ، تبدیل به سرعت نسبتا زیاد در مقطع آزمون می گردد.در عین حال اغتشاش و غیر یکنواختی (Unsteadiness) جریان توسط این نازل همگرا کاهش چشمگیری می یابد. برای جلوگیری از اثرات نامطلوب گوشه های نازل (Corner of Nuzzle) بر روی جریان ، معمولا آن را با مقطع هشت ضلعی یا دایروی می سازند. لازم به ذکر است که به علت ساده تر بودن ساخت نازل با مقطع هشت ضلعی اغلب نازل های انقباض ، بدین صورت طراحی و ساخته می شوند. نسبت انقباض در این نازل که عبارت است از نسبت سطوح مقطع ورودی به خروجی در تونل ، اهمیت خاصی دارد.
پس از نازل انقباض و قبل از مقطع آزمون معمولا یک قسمت با سطح ثابت و با طول کوتاه تعبیه می گردد که باعث ایجاد خطوط جریان موازی (Parallel Stream Lines) برای ورودی به مقطع آزمون می شود ؛ این مقطع را مقطع سکون نازل (Stilling Section of Nozzle) می گویند و سطح آن دقیقا مشابه سطح مقطع آزمون است.در بعضی موارد این ناحیه را به صورت یک جا با نازل انقباض می سازند ولی به دلیل مشکلات زیاد طراحی و ساخت آن در حال حاضر از این روش به ندرت استفاده می شود.
در ساخت محفظه ی آرامش نازل انقباض و مقطع سکون نازل محدودیت خاصی در انتخاب مواد وجود ندارد و می توان برای آن ها از جنس بدنه ی کلی تونل استفاده کرد.
بهترین شیپوره ی همگرا آن است که کمترین طول را داشته باشد و جریانی با ویژگی های کمی و کیفی مورد نیاز برای بخش آزمایش (Test Section) فراهم آورد. وظیفه ی یک شیپوره تضمین پایداری و اغتشاشات جریان است.
به طور خلاصه وظیفه ی یک شیپوره ی همگرا فراهم آوردن یک جریان یکنواخت و موازی در خروجی و همچنین اجتناب از جدایی جریان روی دیواره ی شیپوره ؛ شتاب دادن به جریان هوا و رسیدن به سرعت مطلوب و یکنواختی بیشتر جریان در مقطع آزمون و بر روی مدل است. به علاوه کاهش غیر یکنواختی جریان به منظور ایجاد توزیع سرعت غیر یکنواخت در هنگام ورود به مقطع آزمون ، کاهش درصد اغتشاشات هوا ، کاهش افت فشار دینامیکی در توری ها و لانه زنبوری ها از طریق جلوگیری از ایجاد و رشد غیر یکنواختی در پروفیل سرعت (با کمک گرفتن از نازل) و همچنین بازیافت بخشی از افت انرژی و تبدیل آن به انرژی جنبشی می باشد.
اغتشاش جریان محوری و جانبی جریان باید در طی چند آزمایش و در سرعت های باد مختلف مورد اندازه گیری قرار گیرند و سپس مقدار متوسط آن ها در طراحی مجدد تونل به کار برده شود. به کمک این مقدار متوسط ، بعضی پارامترهای عمده در طراحی تونل به ویژه نازل همگرا تصحیح می شوند. اندازه گیری اغتشاش جریان توسط دستگاه سیم داغ (Hot Wire) انجام می شود. این کار معمولا در مقطع آزمون و نازل انقباض ، به ویژه پس از توری ها صورت می گیرد.
در مورد طراحی نازل نکات زیر از اهمیت بسزایی برخوردار خواهد بود:
· تعیین سطحی برای غیر یکنواختی جریان خروجی (تغییرات سرعت در خارج لایه ی مرزی نباید بیشتر از 1/2درصد باشد.)
· پرهیز از جدایی جریان روی دیواره ها
· مینیمم کردن طول برای شیپوره
· مینیمم کردن ضخامت لایه ی مرزی در خروجی شیپوره
برای دستیابی به اهداف بالا نوع منحنی شیپوره به جز در دو انتها چندان مهم نیست ، اما ملایمت و همواری شکل منحنی بسیار مهم تر از ابعاد آن است. در حالت های کلی شعاع انحنای دیواره در انتهای لاغر باید کمتر باشد و هر دو انتها در محل اتصال به بخش های جانبی موازی و مسطح بوده ، به طوری که مشتقات اول و دوم منحنی در هر دو انتها صفر یا خیلی کوچک باشد.
روش های طراحی نازل همگی به نوعی در محدوده ی تحلیل ریاضی و محاسباتی مربوط می شود. به طور معمول چهار روش در طراحی عملی نازل مورد استفاده قرار می گیرد که در زیر اشاره ای به آن ها می گردد.
1) استفاده از توزیع فشار در جریان که توسط چمیلسکی (Chemielewski) ارائه شده است. وی دو پارامتر عمده را توسط در روش خود مورد نظر قرار داده است. یکی این که کوتاه ترین طول ممکن را برای نازل ایجاد کند و دیگر این که از جدایش لایه ی مرزی در قسمت ورودی نازل جلو گیری کند. در این روش لازم است عملکرد لایه ی مرزی بر روی دیواره ی نازل مورد توجه قرار گیرد.
2) استفاده از روش مورل (Morel) که در آن برای نازل های با تقارن محوری ، با کمک روش انحنای خط جریان معادله اولر (Euler Equation) ، Cpi و Cpe را برایسه پارامتر هندسی:" نسبت انقباض ، نسبت طول نازل به قطر ورودی و نسبت طول نقطه ی شروع لایه ی مرزی آشفته به طول نازل" به دست آورده و نتایج را در قالب نمودارهایی ارائه کرده است.
3) استفاده از روش برگر(Borger) که در آن در یک چند جمله ای درجه 4 برای تعیین منحنی دیواره به کار برده می شود.ضرایب این چند جمله ای بر اساس وجود مینیمم برای نازل و اجتناب از جدایش لایه ی مرزی ، در هر دو قسمت ورودی و خروجی و ایجاد جریان نسبتا یکنواخت در خروجی نازل ، تعیین می شود.
4) روش تحت کنترل قرار دادن توسعه و گسترش فشار بر روی دیواره و ایجاد جریان بدون یکنواختی به کمک تغییرات انحنای دیواره ی نازل.
در نازل های با مقطع مستطیل ، علاوه بر وجود جریان هوای اصلی در داخل نازل ، یک جریان عرضی (Cross Flow) نیز در آن ایجاد می شود. در این حالت به دلیل وجود همین جریان عرضی ، رژیم جریان هوا روی دیواره نازل سریع تر به مرحله ی جدایش خود خواهد رسید. روش لازم برای طراحی نازل های مستطیلی ، ترکیبی از روش مورل و حل جریان پتانسیل به کمک روش اجزاء محدود می باشد.
در نازل انقباض ، افت فشار تنها بر اثر اصطکاک جریان با دیواره است. معمولا افت فشار در نازل کمتر از 3 درصد از افت کلی فشار در تونل است.
2-4-1-1- توری ها ، شبکه لانه زنبوری ، توری محافظ
(Vans , Honeycomb , screens)
توری ها و شبکه های لانه زنبوری با اشکال خاص خود ، برای کاهش اغتشاش جریان و از بین بردن جریان های گردابی به کار برده شده و در محفظه ی آرامش نصب می گردند. شبکه ی لانه زنبوری همان طور که از نامش مشخص است ، می تواند شش ضلعی منتظم باشد ؛ ولی این شبکه به این شکل خاص محدود نبوده و در اشکال مربعی ، دایروی ، مثلثی قائم الزاویه ، مثلثی متساوی الاضلاع و مثلثی منتظم نیز ساخته می شوند.
شبکه لانه زنبوری از ورق های بسیار نازک تشکیل شده و مقاطع شش ضلعی (کندویی) آن کارایی بهتری را نسبت به دیگر انواع آن دارد. توری بیشتر بلافاصله بعد از شبکه ی لانه زنبوری و به فواصل مساوی از یکدیگر قرار می گیرند. در بیشتر تونل ها ، معمولا از یک شبکه ی لانه زنبوری به همراه چندین ردیف توری استفاده می شود. توری ها از سیم های ظریف و نازک ساخته شده و در آن روزنه های ریز و مربعی شکلی به تعداد نسبتا زیاد ، وجود دارد. بهتر است توری ای که بعد از شبکه ی لانه زنبوری قرار می گیرد ، دارای روزنه های درشت تری بوده و در ردیف های بعدی به تدریج ریز تر شود ، ولی معمولا به دلیل مشکلات ناشی از ساخت آن ها و هزینه های مربوط ، کلیه ی توری ها را با شکل یکسان به کار می برند.
شبکه لانه زنبوری بیشتر اغتشاشات جانبی (Lateral Turbulence) را در جریان کاهش می دهد ولی توری ها اغتشاشات محوری (Axial Turbulence) را کم می کند. در شبکه ی لانه زنبوری معمولا گردابه های (Eddy) بزرگ در جریان عبوری شکست داده شده و به گردابه های قابل چشم پوشی تبدیل می شوند که با رسیدن به طوری ها آن ها نیز به تقریبا کاملا از بین می روند. دلیل عمده ی این کاهش شدید اغتشاش را می توان در کاهش سرعت هوا و شکل متقارن و ظریف شبکه ی لانه زنبوری و توری دانست. توری ها معمولا بر روی اغتشاشات و تغییرات سرعت جانبی و چرخشی (Swirl and Lateral Velocity Variation) زیاد موثر نیستند و برای این منظور روش های مختلفی از جمله استفاده از شبکه ی لانه زنبوری مورد توجه قرار می گیرند. توری ها افت فشار زیادی نسبتا بزرگی در تونل ایجاد می کنند و سرعت هوا را به حد زیادی کاهش می دهند.
توری های محافظ به منظور حفظ و نگهداری قسمت های حساس و آسیب پذیر تونل در برابر خطر برخورد اجسام سخت با آن ها و یا محافظت در مقابل ورود اشیا خارجی و دسترسی انسان جهت ایجاد آسیب های احتمالی ، به کار برده می شود. در تونل مدار بسته ، این توری معمولا در مقابل پره های گوشه ی اول نصب می شود تا در صورت جدا شدن مدل و یا سیم ها و قطعات نگهدارنده آن و نیز وسایل مختلف اندازه گیری در مقطع آزمون ، صدمه ای به این پره های گوشه وارد نشود. یک توری محافظ نیز با کاربرد مشابه آنچه بیان شد ، در مقابل فن قرار می گیرد. برای این نوع تونل معمولا در قسمت های ورودی و خروجی از توری محافظ استفاده می شود که تونل را در برابر ورود اجسام خارجی محافظت می کند و همچنین باعث افزایش ایمنی کارکنان و افراد پیرامونی تونل می گردد. گاهی اوقات تنها از توری محافظ در ورودی تونل مدار باز استفاده می گردد و از توری خروجی به دلیل افت توان ، صرف نظر می شود و یا آن که روزنه های توری ورودی را به دلیل ذرات ناشی از مکش هوا ، کوچک تر انتخاب می کنند. در هر حال توری های محافظ دارای روزنه و سوراخ های بزرگ تری نسبت به شبکه ی لانه زنبوری و توری های پس از آن هستند. به طور کلی به دلیل ایجاد افت توان در مسیر جریان ، همواره سعی می شود تا حد امکان از آن ها کمتر استفاده شود.
توری ها اثرات متفاوتی را بر روی جریان هوا می گذارند ، از جمله :
· کاهش ضخامت لایه ی مرزی
· کاهش شدت اغتشاش و در صد اغتشاشات
· تفریق و اصلاح مسیر خطوط
که برای دستیابی به خواسته های بالا بهتر است که تعداد چشمه ها در هر اینچ مربع افزایش یابد ، بنابر این نیاز است که قطر سیم ها کم شود. همچنین اگر صلبیت (Solidity) توری کم شود نیز به اهداف بالا نزدیک تر خواهیم شد. این موارد را در مورد توری های محافظ نیز باید رعایت نمود. مقدار ضریب افت فشار در محل توری ها بستگی کامل به تعداد توری ها دارد. اغتشاش به واسطه ی چند ردیف توری بیشتر کاهش می یابد تا این که یک ردیف توری با همان ضریب افت فشار در نظر گرفته شود.
برای ساخت توری ها بهترین روش بافتن سیم ها به یکدیگر است. این کار می تواند با دقت زیادی انجام گرفته و ایجاد ضایعات حاصل از جوشکاری که مولد اغتشاش در جریان است ، جلوگیری نماید. در صورت استفاده از ماشین بافت عملکرد توری بسیار خوب خواهد بود. استفاده از روش لحیم کاری موضعی سیم ها با یکدیگر نیز می تواند مورد توجه قرار گیرد به شرط آن که در محل لحیم ها ، برجستگی و زائده ای برای تشدید اغتشاش وجود نداشته باشد. اشکال اساسی لحیم کاری سیم ها این است که ، توری دوام لازم در برابر سرعت های زیاد هوا را ندارد. در ضمن هر چقدر عمل سوهان کاری و از بین بردن زائده ها انجام گیرد ، باز هم یکنواختی لازم را نمی توان از توری های جوشکاری شده یا لحیم کاری شده انتظار داشت.
توری ها در هنگام عبور جریان هوا مقداری از گرد و غبار معلق در هوا را به خود جذب می کنند که این امر باعث توزیع و گردش نوسانات سرعت و با مرور زمان تغییر در افت فشار توسط توری می گردد. توری ها باید به گونه ای نصب شوند که بتوان آن ها را هر چند مدت که از کار کرد آن ها می گذرد ، تمیز نمود ، در غیر این صورت در مقطع آزمون سرعت به تدریج تغییر کرده و پروفیل سرعت نا همگون می شود. اثر جذب گرد و غبار هوا در شبکه لانه زنبوری کم تر از توری ها است. برای پاک نمودن سیم ها ی توری می توان از فشار باد ، آب و روغن استفاده کرد و سپس با برس های بسیار نرم و پارچه های بدون پرز آن ها را جرم گیری و خشک کرد.
معمولا افت فشار در شبکه ی لانه زنبوری پنج در صد و در توری ها ده در صد کل افت فشار در تونل را تشکیل می دهد.
2-4-1- اجزاء فرعی تونل باد
این اجزا لزوما در همه ی تونل های باد به کار نمی روند و امکان دارد که هر یک از این ها در یک دسته ی خاص از تونل به کار گرفته شوند.
2-4-1-1- صفحه ی متحرک در محفظه ی آزمون
2-4-1-2- محل استقرار خودرو که شامل تسمه ی گردان ، چرخ گردان ، موتور و ادوات انتقال به این دو و سیستم های هدایت ، کنترل و ایمنی
2-4-1-3- سیستم تولید یخ
2-4-1-4- سیستم تولید برف و باران
2-4-1-5- سیستم انتقال حرارت و دما
2-4-1-6- سیستم تولید دود
2-4-1-7- سیستم های تولید برق و مکانیزم های انتقال انرژی لازم برای موتور و ...
2-4-1-8- سیستم های امکان سنجی و عکس برداری و فیلم برداری در زوایای گوناگون
2-4-1-9- سیستم های رایانه ای و پردازش اطلاعات
2-4-1-10- حسگر های دما ، فشار ، رطوبت و....
2-4-1-11- مکانیزم های تایید کننده ی توزیع فشار (سیستم روغن پاشی یا روش های الیافی و یا عکس برداری)
و مکانیزم های دیگری که با توجه به هدف آزمایش به کار خواهند رفت.
__________________
http://forum.noandishaan.com/thread468.html
2-1- کاربرد تونل باد
علم ایرودینامیک در ابتدا یک علم آزمایشگاهی و تجربی بوده و در حال حاضر در بعضی جهات به همین صورت باقی مانده است و روش های گوناگون طراحی اجسام پرنده ، در بیشتر موارد ، تنها پس از انجام آزمایشات مختلف تجربی و عملی ، به جواب مطلوب می رسند. در ایرودینامیک تجربی یکی از وسایلی که کارایی خود را به صورت کامل به نمایش گذاشته تونل باد است. این وسیله از آن جهت مورد استفاده قرار می گیرد ، که می توان توسط آن مدلی از اجسام را با شرایط دلخواه آزمایشگاهی مورد تحلیل و بررسی قرار داد و نتایج بدست آمده را برای نمونه ی اصلی وسیله ی مورد استفاده برای طراحی قرار داد. از آنجایی که ایرودینامیک علمی است که پدیده ی عبور جریان یک سیال را در اطراف اجسام مختلف بررسی می کند ، تونل باد به عنوان مهمترین ابزار تحقیقاتی در مسایل مختلف آن از دید تجربی و عملی شناخته می شود.
اهمیت تونل باد در تحقیقات و ساخت قطعات ایرودینامیکی به حدی است که بدون وجود آن ، امکان به ثمر رسیدن اغلب طرح های صنایع وعلوم هوافضایی وجود ندارد و حتی می توان ادعا نمود که تا کنون هیچ طرح عمده ای در صنایعی که در ارتباط با جریان سیالات گازی است ، بدون استفاده از این وسیله به نتیجه نرسیده است.
2-2- انواع تونل باد
تقسیم بندی کلی تونل باد
تونل های باد به منظور ایجاد نتایج لازم و مورد نظر ، به اشکال و گونه های متفاوتی طراحی و ساخته می شوند. در بررسی کلی بر روی طبقه بندی های مختلف به پنج روش کلی و اساسی می رسیم که هر یک از آن ها در درون خود شاخه های فراوانی را شامل می شوند. این پنج نوع تقسیم بندی عبارتند از :
· از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape)
· از نظر مسیر جریان هوا (Air StreamLine)
· از نظر سرعت جریان هوا و عدد رینولدز در مقطع آزمون (Reynolds Number)
· از نظر شکل قرار گرفتن و نصب بدنه (Installation)
· از نظر موارد استفاده و کار برد تونل (Using & Performance)
لازم به ذکر است که یک تونل باد مشخص ، می تواند در دو یا چند قسم از این دسته بندی ها به صورت همزمان قرار بگیرد. برای روشن شدن موضوع به شرح هر یک از این دسته بندی ها می پردازیم:
2-2-1- از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape)
با در نظر گرفتن ابعاد مختلف (طول ، عرض و ارتفاع) مقطع آزمون ، می توان تونل باد را به سه نوع کوچک ، متوسط و بزرگ دسته بندی نمود. مشخصه ای به نام قطر موثر هیدرولیکی (Hydrolic Effective Diameter) در مقطع آزمون تعریف می شود که نسبت سطح مقطع آزمون (S) به محیط تر شده ی آن(P/4) است و با De یا Dh نشان داده می شود:
Dh=De=4S/P
برای تقسیم بندی تونل به سه نوع کوچک ،متوسط و یا بزرگ ، یک قاعده و استاندارد مشخص نداریم و معمولا استاندارد های ملی یا منطقه ای مشخص کننده ی آن هستند. برای مثال از نظر سطح مقطع در آمریکا دسته بندی های زیر را داریم:
· تونل های با مقطع بزرگ (The Big Testsection): مقطع آزمون به حدی است که یک هواپیمای کوچک یا وسایل نقلیه ای چون اتومبیل یا قایق در ابعاد اصلی خود در آن جا می گیرند.
· تونل های با مقطع متوسط (The Medium Testsection): سطح مقطع آزمون آن با حدود تقریبی ، 100 فوت مربع (9.3 متر مربع) است.
· تونل های با مقطع کوچک (The Small Testsection): سطح مقطع بستگی به نوع آزمایش و شکل مدل داشته و در زمینه ی حدود و ابعاد آن اختلاف نظر زیادی وجود د دارد.
روش دیگر برای تقسیم بندی تونل ها ، بر اساس شکل هندسی مقطع آزمون وجود دارد. در این حالت تونل ها را می توان به انواع مختلفی چون با مقطع آزمون دایروی ، مستطیلی ، مربعی ، شش ضلعی و هشت وجهی منتظم و نامنتظم تقسیم نمود. به علاوه تونل هایی با کار بری خاص ، با مقطع ذوزنقه ای و مثلثی طراحی و ساخته شده است.
2-2-1- از نظر مسیر جریان هوا (Air Strim Line)
تونل های باد از این نظر به دو دسته ی کلی و اساسی به نام مدار باز و بسته (Open & Close Circuit Wind Tunnel) تقسیم بندی می شوند ، که از مهمترین و اصولی ترین دسته بندی ها به حساب می آیند. در تونل باد مدار باز ، هوا از اتمسفر آزاد کشیده شده و پس از عبور از قسمت های مختلف کانال تونل و مقطع آزمون ، دوباره به محیط آزاد تخلیه می شود. در این حالت جریان ورودی و خروجی با هم ارتباطی نداشته و بر روی هم تاثیر نمی گذارند. در تونل های مدار بسته ، هوا از مسیری که در ابتدا و انتهای کانال به هم مربوط شده ، عبور می کند. گاهی این مدار های بسته را سیکل بسته هم می خوانند و نیز تونل های مدار بسته ی بازگشتی را از نوع پرانتل یا گرتسینگن می نامند. به طور کلی تونل مدار بسته ، خود به سه دسته ی گوناگون به نام های تونل با بازگشت منفرد (Single Return) ، تونل با بازگشت دوگانه (Double Return) و تونل با بازگشت حلقوی (Annular Return) تقسیم می شوند.
اغلب تونل های مدار بسته از نوع بازگشت منفرد می باشند. تنها یک مسیر برای بازگشت جریان هوا در نظر گرفته شده و سیکل کانال تونل به طور ساده می باشد. در تونل با بازگشت دوگانه ، برای برگشت جریان هوا دو مسیر جداگانه به موازات هم در قرار گرفته است و مسیر رفت که شامل مقطع آزمون است ، به موازات این دو و در وسط آن ها قرار گرفته است. در هر دو نوع تونل با بازگشت منفرد و دوگانه ، از گوشه های ق (Vertical Corners) استفاده شده که دارای پره های گوشه (Corner Vanes) هستند. در تونل با بازگشت حلقوی ، بر خلاف دو نوع دیگر ، در گوشه ها پره ای به کار برده نشده است و به جای گوشه های قاﺌم ، از یک مسیر حلقوی با متغییر زاویه ای به اندازه ی ˚180 استفاده می شود.در این نوع تونل هم می توان از دو مسیر برگشت استفاده کرد.
2-2-1- از نظر سرعت جریان هوا و عدد رینولدز در مقطع آزمون (Reynolds Number)
قبل از بررسی محدوده های سرعت هوا در مقطع آزمون ، لازم است که ابتدا عددی بدون بعد به نام عدد ماخ (Mach Number) را تعریف کنیم. عدد ماخ نسبت سرعت وسیله ی پرنده ی متحرک یا جریان هوا به سرعت صوت در آن با همان شرایط محیطی از قبیل درجه حرارت ، فشار ، رطوبت محیط و چگالی هوا می باشد. این عدد را با M نشان داده و بیشتر برای سرعت های بالا و نزدیک سرعت صوت به کار می رود و سرعت های بیشتر از صوت را نیز معمولا با این عدد نمایش می دهند. تونل باد از نظر سرعت جریان هوا در مقطع آزمون به روش های مختلفی دسته بندی می شود. در یک نوع از این دسته بندی ها با سرعت کمتر از 300 مایل بر ساعت (یا 137 متر بر ثانیه) را تونل باد کم سرعت (Low Speed) و برای سرعت های بیش از این حد ، تونل باد با سرعت بالا (High Speed) می نامند. روش دیگر طبقه بندی تونل ها ، استفاده از محدوده های عدد ماخ است. در این زمینه چندین روش وجود دارد که معمول ترین آن در زیر ارائه شده است:
· محدوده عدد ماخ (3/0-0): تونل باد زیر صوت با جریان تراکم ناپذیر (Incompressible)
· محدوده عدد ماخ (7/0-3/0): تونل باد زیر صوت با جریان تراکم پذیر (Compressible)
· محدوده عدد ماخ (3/1-7/0): تونل باد نزدیک صوت (Transonic)
· محدوده عدد ماخ (5-3/1): تونل باد بالای صوت (Supersonic)
· محدوده عدد ماخ (5< ): تونل باد ماوراء صوت (Hypersonic)
در بعضی کتاب ها و مراجع حدود دیگری را برای موارد عنوان شده در بالا آورده اند. این محدوده ها برای عدد ماخ ، به علت تقریبی بودن بیش از حد و استاندارد نشدن دقیق آن ها در حال حاضر ، نمی توان به عنوان ملاک ثابتی برای دسته بندی تونل قرار داد. روش دیگری برای دسته بندی تونل باد ، استفاده از عدد رینولدز است. تونل باد با عدد رینولدز کمتر از (6^10×2) را تونل باد کوچک و بیش از آن را می توان تونل باد بزرگ نامید. این روش تقسیم بندی بیشتر برای مشخص نمودن نوع آزمایش ها و نتایج حاصل از آنها به کار برده می شود.
2-2-2- از نظر شکل قرار گرفتن و نصب بدنه (Installation)
از این دیدگاه تونل باد را به دو روش کلی می توان تقسیم بندی نمود. در روش اول ، بر حسب افقی یا عمودی بودن محور اصلی تونل (Main Axis) ،که آن را می توان به دو نوع افقی و عمودی (Horizontal & Vertical Wind Tunnel) دسته بندی نمود. لازم به بیان کردن است که محور اصلی تونل ، محور تقارن تونل نیز به حساب می آید که از مرکز هندسی قسمت های مختلف تونل ، به ویژه از مقطع آزمون عبور می کند.
ملاک در افقی یا عمودی بودن تونل ، موازی یا قائم بودن محور تقارن مقطع آزمون نسبت به سطح دریا و افق می باشد. دقت شود که محور تقارن مقطع آزمون، خود قسمتی از محور اصلی می تواند باشد ، ولی بهتر است همواره این محور برای ارزیابی قائم یا افقی بودن تونل در نظر گرفته شود. در حال حاضر ، در بیشتر موارد تونل های باد از نوع افقی هستند. نوع عمودی نیز تنها در تونل های با طول نسبتا کوتاه می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
روش دوم دسته بندی تونل ها ، در نظر گرفتن وضعیت کلی محور اصلی از نظر افقی یا عمودی بودن آن ، نسبت به سطح دریا است. در صورتی که تمام قسمت های تونل به صورت افقی باشد و محور اصلی تونل در کلیه ی قسمت ها ، موازی با سطح مذکور قرار گیرد ، تونل را افقی می نامند و در حالتی که بعضی قسمت های تونل به شکل عمودی قرار گرفته و محور اصلی تونل مربوط به آن نواحی قائم به سطح دریا باشد، تونل را عمودی می گویند.
نکته ای که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که این دو روش تقسیم بندی ، با وجود مشابهت اسمی در کلمات افقی و عمودی در آن ها ، دارای مفاهیم متفاوتی هستند. در روش دوم لازم است که محور تقارن مقطع آزمون ، کاملا به صورت افقی و اصطلاح عمودی یا افقی بودن تونل به قسمت های دیگر آن اطلاق می شود ، حال آن که در روش اول تنها محور مقطع آزمون است که ملاک نامگذاری قرار می گیرد. تفاوت عمده ی دیگر این دو روش این است که روش اول معمولا برای تونل های مدار باز استفاده می شود ، حال آن که روش دوم بیشتر برای تونل های مدار بسته به کار می رود.
2-2-1- از نظر موارد استفاده و کار برد تونل (Using & Performance)
اگر با توجه به کار برد تونل ها ، آن ها را دسته بندی کنیم ، می توانیم کاربرد آموزشی (Technical Application) ، کاربرد آزمایشگاهی (Laboratorial Application) ، کاربرد صنعتی (Industrial Application) و کاربرد تحقیقاتی (Research Application) را برای این دسته ها نام ببریم. در نوع آموزشی ، معمولا هدف از آن نمایش چگونگی عملکرد تونل و انجام آزمایشات محدودی در آن برای نشان دادن هر چه بهتر کاربردهای تونل و خواص ایرودینامیکی اجسام به افراد مبتدی است. این نوع تونل بیشتر در دانشگاه ها و مراکز علمی به منظور آموزش افراد و آشنا کردن آنها با این وسیله می باشد.در نوع آزمایشگاهی تونل هدف بررسی و مطالعه ی نتایج حاصل از آن در زمینه ی پدیده های مختلف ایرودینامیکی و صنعتی است. این نوع مطالعات در سطح متوسطی انجام می پذیرد و مفاهیم گوناگونی چون ایجاد لایه ی مرزی و اثرات هوا و باد بر روی جسم متحرک یا ساکن ، مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در تونل ها با کاربرد صنعتی ، استفاده های مختلف آن در صنعت مورد توجه قرار می گیرد و از نتایج حاصل از تونل باد ، برای بهینه سازی و ایجاد طرح های مناسب صنعتی بهره برداری می شود.این تونل ها در شکل های متفاوت و تنها برای کسب نتایج ویژه ای ، طراحی و ساخته می شوند. برای مثال تونل هایی برای تعیین اثرات باد بر روی ساختمان ها و پل ها و یا بدست آوردن شکل مطلوب بدنه ی اتومبیل ها و موتور سیکلت ها ، وجود دارند که معمولا تنها دارای کاربرد های ویژه ای هستند. در نوع تحقیقاتی تونل ، این وسیله را برای طراحی و کسب نتایج مطلوب بر روی یک جسم متحرک و یا ساکن مورد استفاده قرار می دهند. برای انجام یک پروژه و ساخت در صنعت هوافضایی در گستره ی وسیعی از این دسته از تونل ها استفاده می شود. این تونل ها دارای وسایل اندازه گیری دقیق و گرانقیمتی بوده و ثبت و استفاده از نتایج حاصل از آن ها اهمیت ویژه ای دارد. برای طراحی و ساخت این نوع تونل ها دقت و توانایی بالایی لازم است.
2-3- انواع تونل باد با کاربرد های ویژه
در کاربرد های صنعتی و هوافضایی تونل باد ، برای رفع نیاز های ویژه و احتیاجات معینی ، تونل هایی با کاربرد ویژه ، طراحی و ساخته می شوند که معمولا دارای عملکرد محدودی هستند و تنها نتایج مشخصی را ارایه می دهند. به علت وجود مسائل مختلف در کلیه ی شاخه های صنعتی در ارتباط با تونل باد ، این تونل ها از گسترش و توسعه ی نسبتا زیادی برخوردار شده اند. در این نوشته تنها به ارائه ی مواردی که دارای عمومیت و کارایی بیشتری بوده و از تونل های با کاربرد ویژه شناخته شده ، می پردازیم.
· تونل با چگالی متغییر Variable Density Tunnel
· تونل با عدد رینولدز بالا High Reynolds Number Tunnel
· تونل با مقیاس کامل Full Scale Tunnel
· تونل پرواز آزاد Free Flight Tunnel
· تونل پرخش Spin Tunnel
· تونل پرنده های عمود پرواز Vertical STOL (Short Take-Off And Landing) Tunnel
· تونل پایداری Stability Tunnel
· تونل دو بعدی Two Dimensional Tunnel
· تونل یخ Ice Tunnel
· تونل چند منظوره All Purpose Tunnel
· تونل اتومبیل Automobile Tunnel
· تونل ملخی Propeller Tunnel
· تونل فوق تبرید Cryogenic Tunnel
· تونل دود Smoke Tunnel
· تونل القایی Induction Tunnel
· تونل موتور احتراقی Combustion Engine Tunnel
· تونل لایه ی مرزی Boundary Layer Tunnel
· تونل سازه ها Structures Tunnel
· تونل آزمایش فن Fan Test Tunnel
· تونل تند باد Gust Tunnel
· تونل دمنده Blower Tunnel
· تونل با رطوبت بالا High Moisture Tunnel
· تونل ایروالاستیک Aeroelastic Tunnel
· تونل ارتفاع زیاد High Height Tunnel
· تونل مکش Suction Tunnel
· تونل برف Snow Tunnel
· تونل انبساط Expansion Tunnel
· تونل ردیف پره Cascade Tunnel
· تونل فشار Pressure Tunnel
· تونل تراکم هوا Air Compression Tunnel
· تونل جلو برندگی Propulsion Tunnel
· تونل اتمسفری Atmospheric Tunnel
__________________
بخش دوم
2-2- اجزاء تونل باد
2-2-1- اجزاء اصلی تونل باد
2-4-1-1- مقطع آزمون (Test Section)
مهمترین بخش در هر تونل باد این قسمت است و تمامی آزمایش ها در این نقطه انجام می شود. همواره سعی طراحان تونل این است که تمامی شرایطی که در حالت واقعی برای وسیله ی مورد سنجش ممکن است رخ بدهد را ، در مقطع آزمون شبیه سازی کنند. بنابر این در هنگام طراحی و محاسبات مربوط به بخش های مختلف تونل ، پارامترهای این قسمت از قبیل ابعاد ، سرعت هوا ، درجه حرارت و عدد رینولدز در آن تاثیر عمده ای می گذارد و می توان گفت طراحی کلیه ی قسمت های تونل بستگی به مشخصات مقطع آزمون دارد. در واقع مشخصات جریان هوا در مقطع آزمون به عنوان پارامترهای ورودی در طراحی تونل محسوب می شوند.
مقطع آزمون را می توان با توجه به ابعاد مختلف آن (طول ،عرض و ارتفاع) به سه دسته ی کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم کرد. برای تقسیم بندی تونل به این سه دسته هنوز قاعده و استانداردی در نظر گرفته نشده است و هر یک از کشورها به صورت مستقل محدوده ای را انتخاب می کنند و گاهی نیز مشاهده شده است که ، این دسته بندی ها بر اساس سطح مقطع آزمون توام با سرعت هوای آن به کار برده شده است. برای نمونه از نظر سطح مقطع آزمون در آمریکا تونل های باد در سه نوع بزرگ ، متوسط و کوچک شناسایی می شوند ، که شرح آن در بخش تقسیم بندی تونل های باد از نظر ابعاد و شکل هندسی مقطع آزمون (Size & Geometry Shape) گذشت.
بدنه ی اصلی مقطع آزمون از ماده ای شفاف مانند شیشه ی نشکن ، پلکسی گلاس و یا طلق ساخته می شود و معمولا سطح زیرین مقطع از مواد سخت تر مانند آهن ساخته می شود. به منظور دسترسی به داخل این ناحیه دریچه هایی نیز در دیوارهای کناری مقطع قرار داده می شود. برای انجام اندازه گیری های لازم و عکس برداری از مدل یا مشاهده ی جریان سیال بر روی نمونه که توسط دود آشکار سازی شده است ، لازم است در زمان آزمایش نور و روشنایی کافی در این ناحیه وجود داشته باشد. برای این منظور از نور افکن یا چراغ هایی که در دیوارها کار گذاشته شده است استفاده می شود.
وجود جریان یکنواخت از عوامل مهمی است که در مقطع آزمون باید مورد توجه قرار گیرد. برای دستیابی به این مهم ، علاوه بر محاسبه ی شکل ناحیه های گوناگون به منظور جلوگیری از جدایش لایه ی مرزی در مقطع آزمون و استفاده از لانه زنبوری ها و توری ها ؛ با تعبیه ی مواد ارتعاش گیر در اطراف دیواره ها و در محل تماس مقطع با قطعات کناری ، تا حد ممکن از انتقال ارتعاش ، لرزش و سر و صدا به مقطع آزمون جلوگیری می شود.
برای کاهش اثرات نامطلوب ناشی از وجود گوشه های قائم در مقطع آزمون ، در چهار گوشه ی آن سطح شیب دار قرار می دهند که به آن فیلت (Filet) می گویند. فیلت ها در طول مقطع آزمون و در چهار گوشه ی آن امتداد می یابند و شیب کم فیلت ها به منظور جبران سازی رشد لایه ی مرزی در آن است. معمولا فیلت ها دارای زاویه ای در حدود 45-35 درجه می باشند. همان گونه که پیش از این بیان شد ، برای تامین نور کافی نور افکن هایی به کار می رود. معمولا محل این نور افکن ها در تونل های بزرگ و متوسط در فیلت ها است.
نسبت طول مقطع آزمون به ارتفاع آن در محدوده ی 3-1 است، که نسبت بهینه ی پیشنهاد شده در حدود 5/1 است.
در اثر عبور جریان هوا از روی سطوح مقطع آزمون ، لایه ی مرزی بر روی آن ها ایجاد می شود و این باعث کاهش سطح موثر مقطع می شود. طبق قانون پیوستگی با کاهش سطح مقطع ، سرعت هوا افزایش یافته و افت فشار استاتیکی نیز افزایش می یابد. از ین رو برای جلوگیری از این افت فشار مقطع آزمون را کمی واگرا می سازند. زاویه ی واگرایی معمولا در حدود نیم تا یک درجه است.
2-4-1-2- منفذ تنفس (Intake)
ناحیه ی ورود هوا به تونل باد است. در تونل های باز این قسمت در ابتدای ورودی هوا که در سمت دیفیوزر است ، قرار می گیرد.
2-4-1-3- دیفیوزر یا پخش کن (Diffuser)
در تونل افت توان متناسب با توانت سوم سرعت هوا است ، لذا در قسمت هایی که سرعت ها نسبتا زیاد است ، باید آن را کاهش داد. برای این منظور از دیفیوزرها استفاده می شود تا باعث انبساط جریان و کاهش سرعت شود و در نتیجه فشار استاتیک را افزایش دهد و از طرفی به دلیل افت فشار حاصل از اصطکاک بدنه باید این کاهش سرعت در کمترین فاصله صورت گیرد. جنس مواد مورد استفاده در دیفیوزر می تواند ورق گالوانیزه ، تخته سه لایی ، و انواع فیبر باشد. بهتر است که دیفیوزر به صورت یک تکه ساخته شود ؛ ولی معمولا به دلیل طول زیادش ، آن را چند تکه می سازند. یکی از مسائل عمده در دیفیوزرها با توجه به گرادیان فشار مثبت در آن ، جدایش جریان و ایجاد لایه ی مرزی است. این امر سبب ارتعاش ، نوسان سرعت هوا در مقطع آزمون ، نوسان بار فن و افزایش افت در تونل می شود. جریان ورودی به دیفیوزر باید به طور کامل یکنواخت باشد. به علت وجود بخش های پیش از دیفیوزر که تشدید کننده ی اغتشاش هستند ، یکنواختی به مقدار زیادی کاهش می یابد. از عوامل مهم ایجاد غیر یکنواختی جریان ورودی به دیفیوزر می توان به طول زیاد مقطع آزمون اشاره کرد ، همچنین از دیگر عواملی که سبب تشدید این امر می شود ، می توان به نصب مدل و نگهدارنده ی آن و وسایل اندازه گیری اشاره کرد. قبل از دیفیورز تونل ، فن قرار گرفته است که بر اثر دوران روتور آن و برخورد جریان هوا با پره های نگه دارنده و میله های کمکی فن در جریان ، اغتشاش زیادی ایجاد می گردد که در تونل های مدار بسته این مشکل را با به کار بردن دیفیوزری اضافی بعد از زاویه ی باز سوم و قبل از محفظه ی آرامش ، تا مقدار زیادی برطرف کرد. این دیفیوزر دارای زاویه ی واگرایی نسبتا زیادی است که و لذا امکان دستیابی هر چه بیشتر به نسبت انقباض بالا در نازل مربوطه را فراهم می سازد و همچنین سرعت هوا را قبل از محفظه ی آرامش به حد زیادی کاهش می دهد ، که این امر از نظر طراحی تونل مطلوب شمرده می شود. بنابراین در تونل های مدار بسته و مدار باز از چندین دیفیوزر مختلف می توان بهره برد که هر یک از آن ها دارای کاربرد خاص خود هستند. در تونل های مدار بسته ، انرژی جنبشی جریان هوای عبوری در گوشه ی چهارم تونل به همراه اغتشاشات ناشی از تغییر جهت جریان به کمک پره های گوشه ، توسط دیفیوزر آخر کاهش یافته و در انتهای آن انرژی فشاری جریان هوا ، افزایش چشم گیری می یابد که به این دلیل قسمت انتهایی این دیفیوزر را ناحیه ی استاتیک می گویند. دیفیوزر کوچکی که معمولا در ناحیه ی فن قرار می گیرد ، به منظور ایجاد انبساط جریان هوا در آن جا قرار گرفته است. با این حال در تونل های مدار باز و مدار بسته کاربرد های متفاوتی از این دیفیوزرها مشاهده شده است.
در دیفیوزرها سطح ورودی و خروجی و زاویه ی واگرایی اهمیت ویژه ای داشته و در طراحی مورد توجه قرار می گیرد. برای آن که دیفیوزر در هنگام عبور جریان دارای عملکرد مناسب باشد ، باید ورودی به آن از یکنواختی مطلوبی برخوردار باشد. دیفیوزری که پس از مقطع آزمون قرار می گیرد ، معمولا دارای جریان ورودی یکنواختی نبوده و در طراحی آن و محاسبات مربوط به آن خطای بیشتری ممکن است ایجاد گردد ؛ از این رو برای این دیفیوزر، دقت بیشتری باید اعمال شود.
زاویه ی واگرایی دیفیوزر که زاویه ی بین دو دیوار مقابل به هم در آن است ، در نهایت به 7 درجه می رسد ؛ در هر حال این زاویه بستگی به نسبت سطح ورودی و خروجی دیفیوزر و نیز گرادیان فشار و مقدار بازیابی فشار استاتیک دارد و از طرفی باید خط جدایش را در بر نداشته باشد. زاویه ی بهینه برای زاویه ی واگرایی در طراحی های کلی و گوناگون تونل ، اغلب 5 درجه توصیه شده است. معمولا دیفیوزرهایی که زاویه ی واگرایی بیش از 6 درجه دارند را دیفیوزر زاویه باز می گویند.
برای بدست آوردن نسبت انقباض بزرگتر ، از یک دیفیوزر زاویه باز قبل از محفظه ی آرامش استفاده می شود. این دیفیوزرها معمولا با نسبت سطح 4 و زاویه ی واگرایی 45 درجه به کار می روند. در داخل این دیفیوزرها می توان از چند ردیف طولی استفاده نمود تا نوسانات سرعت در دیفیوزر را کاهش داده و جریان نسبتا یکنواختی را ایجاد نماید. نسبت سطح دیفیوزر به ندرت از عدد 5 تجاوز می کند.
شکل سطح مقطع دیفیوزر اول معمولا وابسته به شکل مقطع آزمون است و تغییر سطح مقطع از مقطع آزمون تا دیفیوزر اول کاری دشوار بوده و به ندرت انجام می گردد. در دیفیوزر دوم انتخاب شکل سطح مقطع اختیاری بوده و تا حد زیادی محدودیت دیفیوزر اول را ندارد. طراحی دیفیوزر مدار باز ، مشابه تونل های مدار بسته است با این تفاوت که زاویه ی واگرایی آن ها کمی بزرگتر است. استفاده از توری در دیفیوزرهای زاویه باز که مقدار باز شدگی آن ها کم است ، اصولا توصیه نشده است.
افت فشار در دیفیوزرها ، در حدود 2 تا 3 برابر افت فشار در نواحی بدون تغییر سطح مانند کانال های رابط در تونل است. در تونل های مدار باز ، دیفیوزر زاویه باز بیشتر در تونل دمنده با فن گریز از مرکز استفاده می شود ؛ چون این گونه تونل ها در مقایسه با تونل های مدار باز مکنده حساسیت کمتری نسبت به اغتشاش دارند.
2-4-1-4- گوشه ها و پره های آن (Corners & Blades)
در بیشتر تونل های مدار بسته و یا مشابه به آن ، برای تغییر جهت در مسیر هوا لازم است کانال عبور هوا مقداری تغییر جهت بدهد. این تغییر می تواند به شکل های مختلفی در بدنه ی تونل ایجاد گردد. برای این منظور می توان در چهار گوشه ی کانال ها از گوشه های قائمی برای تغییر جهت جریان هوا استفاده کرد و یا از دو نیم حلقه ی 180 درجه ای در انتهای هر سمت مسیر استفاده کرد. استفاده از گوشه های مکمل نیز مرسوم است ، به این ترتیب که مجموع زوایای هر دو گوشه 180 درجه شود که در این حالت تونل به شکل ذوزنقه در خواهد آمد. به طور کلی این نوع گوشه ها در تونل های باد با طول نسبتا زیاد به کار رفته اند ، که هدف از آن کاهش طول دیفیوزر بزرگ در مسیر برگشت جریان است. تغییر مسیر در جریان هوای عبوری از گوشه های تونل ، همواره با مقداری تلفات قدرت همراه است.برای کاهش این تلفات در گوشه از پره استفاده می شود.این پره ها باعث هدایت جریان هوا به مسیر دلخواه شده و زاویه ی لازم را منطبق بر تغییر مسیر کانال در جریان ایجاد می نماید. در گوشه های قائم و زاویه دار استفاده از پره ها ، بر خلاف گوشه های حلقوی و انحنا دار، رایج است.
بر اثر برخورد جریان هوا با دیواره و پره های گوشه ، مقدار زیادی لرزش و سر و صدا ایجاد می شود که برای جلوگیری از آن ، روش های گوناگونی را به کار می برند. یکی از این روش ها استفاده از ماده ای به نام پلاست (Plast) است که بیشتر از ترموپلاست ها (Thermoplastics) به شمار می رود. استفاده از مواد ترکیبی (Composite Materials) نیز برای ساخت قطعات این بخش متداول است.
در تونل های بزرگ به منظور خنک کردن جریان هوا و پره های گوشه ، از تزریق آب سرد در این پره استفاده می کنند. برای دستیابی به این هدف باید پره ها را تو خالی ساخته و لوله هایی در آن ها قرار داد که آب سرد توسط یک پمپ کوچک خارجی ، جریان یافته و باعث خنک سازی پره ها و در نتیجه هوای عبوری از روی آن ها شود.
2-4-1-1- فن و متعلقات آن (Fan & Accessory)
فن را می توان به عنوان یک توربوماشین در راستای فرایند انتقال انرژی ، زیر مجموعه ای از علوم ترمودینامیک و مکانیک سیالات توصیف کرد. توربوماشین نیز به معنای ماشین دواری است که به صورت هد فشاری به سیال انرژی می دهد و یا از طریق اخذ انرژی از سیال کار انجام می دهد. این تعریف مجموعه ی بزرگی از ماشین های تبدیل انرژی را شامل می شود که کاربرد های فراوانی را خواهند داشت. اگر کل توربوماشین ها را به دو دسته ی هیدرولیکی و حرارتی تقسیم کنیم ؛ فن ها از آن جا که با گاز ها در ارتباط هستند ، در دسته ی دوم قرار می گیرند. انواع فن عبارت است از :
· فن های گریز مرکزی(Centrifugal Fans)
· فن های جریان محوری (Axial Flow Fans)
· فن های گریز مرکزی – محوری (Axial – Centrifugal Fans)
· هوا کش سقفی (Roof Ventilator)
· دمنده های جریان متقاطع (Cross Flow Blowers)
· دمنده های گردابه ای یا دوباره تولید کننده (Vortex or Regenerator Blowers)
در تونل های باد بیشتر از فن های جریان محوری استفاده می شود و به ندرت از فن های سانتریفیوژ استفاده می شود.
از عوامل تعیین کننده ای که در انتخاب یا طراحی فن دخالت دارند ، می توان به دبی و فشار مطلوب طراح تونل اشاره کرد. در روش آزمون و خطا برای یافتن فن مطلوب می توان با تغییر تعداد پره های روی توپی (Hub) ، تغییر قطر توپی ، قطر پره ، دور دوران پروانه و غیره به هدف مورد نظر دست یافت.
مشخصات پروانه (Impeller Specification) هم از نکات بسیار مهم در تونل است که باید به آن دقت شود. در زیر چند مورد مهم بیان می شود:
· سرعت نوک پره (Tip) بیشتر از ریشه پره (Root) است و بنابراین زودتر به استال می رسد ، پس باید یک زاویه ی بیشتری در ریشه ایجاد گردد تا این نقیصه را بپوشاند این زاویه (Blade Angle) نام دارد و در واقع زاویه ای است که در هر نقطه از پره بین سطح دوران پره و وتر مقطع ایرفویل در آن نقطه به وجود می آید.
· هر پره باید مانند هواسر (Airfoil) طراحی شده باشد.
· با توجه به این که با جابجایی هوا توسط پره نیرویی در راستای محور تولید می گردد و این نیرو باید در سراسر پره یکسان باشد ، لذا برای یکسان سازی این نیرو و با توجه به سرعت خطی بیشتر در نوک پره ها ، باید نوک پره ها نسبت به ریشه ی پره هوای کمتری را جابجا کند.
در تونل های باد برای دستیابی به جریان هوا با دبی کنترل شونده دو روش وجود دارد:
· تغییر گام پره ها (زاویه ی پره ها)
· تغییر دور دوران پروانه
که مزیت روش اول اقتصادی تر بودن آن است.
از دیگر نکات مهم در انتخاب یا طراحی پروانه ماکزیمم آلودگی صوتی سیستم می باشد ، که با توجه به اندازه ی تونل باد و محل قرار گیری آن متفاوت می باشد.
قدرت موتور ، دور موتور ، راندمان پره و صلبیت پره از دیگر نکات قابل توجه در این بخش می باشند.
2-4-1-1- کانال رابط بین گوشه ها (Connecting Canal )
در مدار های بسته ی تونل باد ، بین حد فاصل گوشه های اول و دوم و همچنین سوم و چهارم ، کانالی قرار می گیرد که سطح مقطع آن ثابت است و تنها برای انتقال جریان هوا از مسیر رفت به مسیر برگشت تونل و معکوس این حالت کاربرد دارد. این دو کانال رابط تا حد امکان باید دارای طول کم بوده تا تلفات قدرت در تونل افزایش زیادی نداشته باشد.
سطح مقطع این دو کانال اغلب با هم متفاوت بوده و کانال رابط بین گوشه ی سوم و چهارم بزرگ تر است. شکل و ابعاد مقطع این قسمت ها عموما مشابه گوشه ها می باشد. کانال رابط گاهی به دلیل سطح دایروی آن بنا به شکل مقطع آن ، استوانه ای (Cylinder Section) نامیده می شود. البته می توان این کانال را با سطح مربعی ، هشت ضلعی و یا اشکال دیگر ساخت که این امر بستگی زیادی به شکل مقطع آزمون دارد ولی باید توجه داشت که به دلیل دایروی بودن مقطع آشیانه ی فن جریان محوری کانال رابط بین گوشه ی اول و دوم ، بهتر است به صورت استوانه ای باشد. در غیر این حالت لازم است در گوشه ی دوم به صورت استوانه ای باشد یا این که قبل از فن تغییر شکل مقطع به وجود آید. البته با توجه به چرخش جریان در گوشه ی دوم و اغتشاش زیاد در آن به راحتی می توان این تغییر شکل را ایجاد نمود ، بدون آن که تاثیر عمده ای بر روی رژیم جریان نهاده شود.
جنس مواد در این قسمت محدودیت خاصی ندارد و می توان از همان موادی که در بدنه کلی تونل استفاده می شود ، برای آن نیز به کار برد. البته برای اشاره ی بیشتر می توان از همان موادی گفت که کانال های رابط را اغلب از چوب ، فلز یا قالب های بتونی (Concrete) می سازند.
بخش سوم
2-4-1-1- نازل(Nozzle)
گروه نازل از سه بخش عمده تشکیل شده است:
· محفظه ی آرامش
· نازل انقباض
· مقطع سکون
محفظه ی آرامش برای کاستن سرعت جریان هوا و میزان اغتشاشات به کار می رود و در این قسمت از تونل ، سرعت هوا به کمترین مقدار ممکن خود خواهد رسید. در اینجا انرژی جنبشی تا حدود زیادی تحلیل یافته و فشار استاتیکی (Static Pressure) در این محفظه زیاد می شود.این قسمت در تونل های مدار بسته ، بعد از دیفیوزر زاویه باز و در صورت عدم وجود آن ، پس از گوشه ی چهارم قرار می گیرد. در تونل مدار باز ، این قسمت در ابتدای تونل و قبل از نازل انقباض قرار گرفته است.
پس از محفظه ی آرامش ناحیه ای به نام نازل انقباض قرار دارد که در آن خطوط جریان به مقدار زیادی همگرا و متراکم می شوند. با استفاده از این نازل در فاصله ی کوتاهی سرعت بسیار کم جریان هوا در محفظه ی آرامش ، تبدیل به سرعت نسبتا زیاد در مقطع آزمون می گردد.در عین حال اغتشاش و غیر یکنواختی (Unsteadiness) جریان توسط این نازل همگرا کاهش چشمگیری می یابد. برای جلوگیری از اثرات نامطلوب گوشه های نازل (Corner of Nuzzle) بر روی جریان ، معمولا آن را با مقطع هشت ضلعی یا دایروی می سازند. لازم به ذکر است که به علت ساده تر بودن ساخت نازل با مقطع هشت ضلعی اغلب نازل های انقباض ، بدین صورت طراحی و ساخته می شوند. نسبت انقباض در این نازل که عبارت است از نسبت سطوح مقطع ورودی به خروجی در تونل ، اهمیت خاصی دارد.
پس از نازل انقباض و قبل از مقطع آزمون معمولا یک قسمت با سطح ثابت و با طول کوتاه تعبیه می گردد که باعث ایجاد خطوط جریان موازی (Parallel Stream Lines) برای ورودی به مقطع آزمون می شود ؛ این مقطع را مقطع سکون نازل (Stilling Section of Nozzle) می گویند و سطح آن دقیقا مشابه سطح مقطع آزمون است.در بعضی موارد این ناحیه را به صورت یک جا با نازل انقباض می سازند ولی به دلیل مشکلات زیاد طراحی و ساخت آن در حال حاضر از این روش به ندرت استفاده می شود.
در ساخت محفظه ی آرامش نازل انقباض و مقطع سکون نازل محدودیت خاصی در انتخاب مواد وجود ندارد و می توان برای آن ها از جنس بدنه ی کلی تونل استفاده کرد.
بهترین شیپوره ی همگرا آن است که کمترین طول را داشته باشد و جریانی با ویژگی های کمی و کیفی مورد نیاز برای بخش آزمایش (Test Section) فراهم آورد. وظیفه ی یک شیپوره تضمین پایداری و اغتشاشات جریان است.
به طور خلاصه وظیفه ی یک شیپوره ی همگرا فراهم آوردن یک جریان یکنواخت و موازی در خروجی و همچنین اجتناب از جدایی جریان روی دیواره ی شیپوره ؛ شتاب دادن به جریان هوا و رسیدن به سرعت مطلوب و یکنواختی بیشتر جریان در مقطع آزمون و بر روی مدل است. به علاوه کاهش غیر یکنواختی جریان به منظور ایجاد توزیع سرعت غیر یکنواخت در هنگام ورود به مقطع آزمون ، کاهش درصد اغتشاشات هوا ، کاهش افت فشار دینامیکی در توری ها و لانه زنبوری ها از طریق جلوگیری از ایجاد و رشد غیر یکنواختی در پروفیل سرعت (با کمک گرفتن از نازل) و همچنین بازیافت بخشی از افت انرژی و تبدیل آن به انرژی جنبشی می باشد.
اغتشاش جریان محوری و جانبی جریان باید در طی چند آزمایش و در سرعت های باد مختلف مورد اندازه گیری قرار گیرند و سپس مقدار متوسط آن ها در طراحی مجدد تونل به کار برده شود. به کمک این مقدار متوسط ، بعضی پارامترهای عمده در طراحی تونل به ویژه نازل همگرا تصحیح می شوند. اندازه گیری اغتشاش جریان توسط دستگاه سیم داغ (Hot Wire) انجام می شود. این کار معمولا در مقطع آزمون و نازل انقباض ، به ویژه پس از توری ها صورت می گیرد.
در مورد طراحی نازل نکات زیر از اهمیت بسزایی برخوردار خواهد بود:
· تعیین سطحی برای غیر یکنواختی جریان خروجی (تغییرات سرعت در خارج لایه ی مرزی نباید بیشتر از 1/2درصد باشد.)
· پرهیز از جدایی جریان روی دیواره ها
· مینیمم کردن طول برای شیپوره
· مینیمم کردن ضخامت لایه ی مرزی در خروجی شیپوره
برای دستیابی به اهداف بالا نوع منحنی شیپوره به جز در دو انتها چندان مهم نیست ، اما ملایمت و همواری شکل منحنی بسیار مهم تر از ابعاد آن است. در حالت های کلی شعاع انحنای دیواره در انتهای لاغر باید کمتر باشد و هر دو انتها در محل اتصال به بخش های جانبی موازی و مسطح بوده ، به طوری که مشتقات اول و دوم منحنی در هر دو انتها صفر یا خیلی کوچک باشد.
روش های طراحی نازل همگی به نوعی در محدوده ی تحلیل ریاضی و محاسباتی مربوط می شود. به طور معمول چهار روش در طراحی عملی نازل مورد استفاده قرار می گیرد که در زیر اشاره ای به آن ها می گردد.
1) استفاده از توزیع فشار در جریان که توسط چمیلسکی (Chemielewski) ارائه شده است. وی دو پارامتر عمده را توسط در روش خود مورد نظر قرار داده است. یکی این که کوتاه ترین طول ممکن را برای نازل ایجاد کند و دیگر این که از جدایش لایه ی مرزی در قسمت ورودی نازل جلو گیری کند. در این روش لازم است عملکرد لایه ی مرزی بر روی دیواره ی نازل مورد توجه قرار گیرد.
2) استفاده از روش مورل (Morel) که در آن برای نازل های با تقارن محوری ، با کمک روش انحنای خط جریان معادله اولر (Euler Equation) ، Cpi و Cpe را برایسه پارامتر هندسی:" نسبت انقباض ، نسبت طول نازل به قطر ورودی و نسبت طول نقطه ی شروع لایه ی مرزی آشفته به طول نازل" به دست آورده و نتایج را در قالب نمودارهایی ارائه کرده است.
3) استفاده از روش برگر(Borger) که در آن در یک چند جمله ای درجه 4 برای تعیین منحنی دیواره به کار برده می شود.ضرایب این چند جمله ای بر اساس وجود مینیمم برای نازل و اجتناب از جدایش لایه ی مرزی ، در هر دو قسمت ورودی و خروجی و ایجاد جریان نسبتا یکنواخت در خروجی نازل ، تعیین می شود.
4) روش تحت کنترل قرار دادن توسعه و گسترش فشار بر روی دیواره و ایجاد جریان بدون یکنواختی به کمک تغییرات انحنای دیواره ی نازل.
در نازل های با مقطع مستطیل ، علاوه بر وجود جریان هوای اصلی در داخل نازل ، یک جریان عرضی (Cross Flow) نیز در آن ایجاد می شود. در این حالت به دلیل وجود همین جریان عرضی ، رژیم جریان هوا روی دیواره نازل سریع تر به مرحله ی جدایش خود خواهد رسید. روش لازم برای طراحی نازل های مستطیلی ، ترکیبی از روش مورل و حل جریان پتانسیل به کمک روش اجزاء محدود می باشد.
در نازل انقباض ، افت فشار تنها بر اثر اصطکاک جریان با دیواره است. معمولا افت فشار در نازل کمتر از 3 درصد از افت کلی فشار در تونل است.
2-4-1-1- توری ها ، شبکه لانه زنبوری ، توری محافظ
(Vans , Honeycomb , screens)
توری ها و شبکه های لانه زنبوری با اشکال خاص خود ، برای کاهش اغتشاش جریان و از بین بردن جریان های گردابی به کار برده شده و در محفظه ی آرامش نصب می گردند. شبکه ی لانه زنبوری همان طور که از نامش مشخص است ، می تواند شش ضلعی منتظم باشد ؛ ولی این شبکه به این شکل خاص محدود نبوده و در اشکال مربعی ، دایروی ، مثلثی قائم الزاویه ، مثلثی متساوی الاضلاع و مثلثی منتظم نیز ساخته می شوند.
شبکه لانه زنبوری از ورق های بسیار نازک تشکیل شده و مقاطع شش ضلعی (کندویی) آن کارایی بهتری را نسبت به دیگر انواع آن دارد. توری بیشتر بلافاصله بعد از شبکه ی لانه زنبوری و به فواصل مساوی از یکدیگر قرار می گیرند. در بیشتر تونل ها ، معمولا از یک شبکه ی لانه زنبوری به همراه چندین ردیف توری استفاده می شود. توری ها از سیم های ظریف و نازک ساخته شده و در آن روزنه های ریز و مربعی شکلی به تعداد نسبتا زیاد ، وجود دارد. بهتر است توری ای که بعد از شبکه ی لانه زنبوری قرار می گیرد ، دارای روزنه های درشت تری بوده و در ردیف های بعدی به تدریج ریز تر شود ، ولی معمولا به دلیل مشکلات ناشی از ساخت آن ها و هزینه های مربوط ، کلیه ی توری ها را با شکل یکسان به کار می برند.
شبکه لانه زنبوری بیشتر اغتشاشات جانبی (Lateral Turbulence) را در جریان کاهش می دهد ولی توری ها اغتشاشات محوری (Axial Turbulence) را کم می کند. در شبکه ی لانه زنبوری معمولا گردابه های (Eddy) بزرگ در جریان عبوری شکست داده شده و به گردابه های قابل چشم پوشی تبدیل می شوند که با رسیدن به طوری ها آن ها نیز به تقریبا کاملا از بین می روند. دلیل عمده ی این کاهش شدید اغتشاش را می توان در کاهش سرعت هوا و شکل متقارن و ظریف شبکه ی لانه زنبوری و توری دانست. توری ها معمولا بر روی اغتشاشات و تغییرات سرعت جانبی و چرخشی (Swirl and Lateral Velocity Variation) زیاد موثر نیستند و برای این منظور روش های مختلفی از جمله استفاده از شبکه ی لانه زنبوری مورد توجه قرار می گیرند. توری ها افت فشار زیادی نسبتا بزرگی در تونل ایجاد می کنند و سرعت هوا را به حد زیادی کاهش می دهند.
توری های محافظ به منظور حفظ و نگهداری قسمت های حساس و آسیب پذیر تونل در برابر خطر برخورد اجسام سخت با آن ها و یا محافظت در مقابل ورود اشیا خارجی و دسترسی انسان جهت ایجاد آسیب های احتمالی ، به کار برده می شود. در تونل مدار بسته ، این توری معمولا در مقابل پره های گوشه ی اول نصب می شود تا در صورت جدا شدن مدل و یا سیم ها و قطعات نگهدارنده آن و نیز وسایل مختلف اندازه گیری در مقطع آزمون ، صدمه ای به این پره های گوشه وارد نشود. یک توری محافظ نیز با کاربرد مشابه آنچه بیان شد ، در مقابل فن قرار می گیرد. برای این نوع تونل معمولا در قسمت های ورودی و خروجی از توری محافظ استفاده می شود که تونل را در برابر ورود اجسام خارجی محافظت می کند و همچنین باعث افزایش ایمنی کارکنان و افراد پیرامونی تونل می گردد. گاهی اوقات تنها از توری محافظ در ورودی تونل مدار باز استفاده می گردد و از توری خروجی به دلیل افت توان ، صرف نظر می شود و یا آن که روزنه های توری ورودی را به دلیل ذرات ناشی از مکش هوا ، کوچک تر انتخاب می کنند. در هر حال توری های محافظ دارای روزنه و سوراخ های بزرگ تری نسبت به شبکه ی لانه زنبوری و توری های پس از آن هستند. به طور کلی به دلیل ایجاد افت توان در مسیر جریان ، همواره سعی می شود تا حد امکان از آن ها کمتر استفاده شود.
توری ها اثرات متفاوتی را بر روی جریان هوا می گذارند ، از جمله :
· کاهش ضخامت لایه ی مرزی
· کاهش شدت اغتشاش و در صد اغتشاشات
· تفریق و اصلاح مسیر خطوط
که برای دستیابی به خواسته های بالا بهتر است که تعداد چشمه ها در هر اینچ مربع افزایش یابد ، بنابر این نیاز است که قطر سیم ها کم شود. همچنین اگر صلبیت (Solidity) توری کم شود نیز به اهداف بالا نزدیک تر خواهیم شد. این موارد را در مورد توری های محافظ نیز باید رعایت نمود. مقدار ضریب افت فشار در محل توری ها بستگی کامل به تعداد توری ها دارد. اغتشاش به واسطه ی چند ردیف توری بیشتر کاهش می یابد تا این که یک ردیف توری با همان ضریب افت فشار در نظر گرفته شود.
برای ساخت توری ها بهترین روش بافتن سیم ها به یکدیگر است. این کار می تواند با دقت زیادی انجام گرفته و ایجاد ضایعات حاصل از جوشکاری که مولد اغتشاش در جریان است ، جلوگیری نماید. در صورت استفاده از ماشین بافت عملکرد توری بسیار خوب خواهد بود. استفاده از روش لحیم کاری موضعی سیم ها با یکدیگر نیز می تواند مورد توجه قرار گیرد به شرط آن که در محل لحیم ها ، برجستگی و زائده ای برای تشدید اغتشاش وجود نداشته باشد. اشکال اساسی لحیم کاری سیم ها این است که ، توری دوام لازم در برابر سرعت های زیاد هوا را ندارد. در ضمن هر چقدر عمل سوهان کاری و از بین بردن زائده ها انجام گیرد ، باز هم یکنواختی لازم را نمی توان از توری های جوشکاری شده یا لحیم کاری شده انتظار داشت.
توری ها در هنگام عبور جریان هوا مقداری از گرد و غبار معلق در هوا را به خود جذب می کنند که این امر باعث توزیع و گردش نوسانات سرعت و با مرور زمان تغییر در افت فشار توسط توری می گردد. توری ها باید به گونه ای نصب شوند که بتوان آن ها را هر چند مدت که از کار کرد آن ها می گذرد ، تمیز نمود ، در غیر این صورت در مقطع آزمون سرعت به تدریج تغییر کرده و پروفیل سرعت نا همگون می شود. اثر جذب گرد و غبار هوا در شبکه لانه زنبوری کم تر از توری ها است. برای پاک نمودن سیم ها ی توری می توان از فشار باد ، آب و روغن استفاده کرد و سپس با برس های بسیار نرم و پارچه های بدون پرز آن ها را جرم گیری و خشک کرد.
معمولا افت فشار در شبکه ی لانه زنبوری پنج در صد و در توری ها ده در صد کل افت فشار در تونل را تشکیل می دهد.
2-4-1- اجزاء فرعی تونل باد
این اجزا لزوما در همه ی تونل های باد به کار نمی روند و امکان دارد که هر یک از این ها در یک دسته ی خاص از تونل به کار گرفته شوند.
2-4-1-1- صفحه ی متحرک در محفظه ی آزمون
2-4-1-2- محل استقرار خودرو که شامل تسمه ی گردان ، چرخ گردان ، موتور و ادوات انتقال به این دو و سیستم های هدایت ، کنترل و ایمنی
2-4-1-3- سیستم تولید یخ
2-4-1-4- سیستم تولید برف و باران
2-4-1-5- سیستم انتقال حرارت و دما
2-4-1-6- سیستم تولید دود
2-4-1-7- سیستم های تولید برق و مکانیزم های انتقال انرژی لازم برای موتور و ...
2-4-1-8- سیستم های امکان سنجی و عکس برداری و فیلم برداری در زوایای گوناگون
2-4-1-9- سیستم های رایانه ای و پردازش اطلاعات
2-4-1-10- حسگر های دما ، فشار ، رطوبت و....
2-4-1-11- مکانیزم های تایید کننده ی توزیع فشار (سیستم روغن پاشی یا روش های الیافی و یا عکس برداری)
و مکانیزم های دیگری که با توجه به هدف آزمایش به کار خواهند رفت.
__________________
http://forum.noandishaan.com/thread468.html