劇場風洞流道項目初步方案

1                      項目概況

需求單位（最終用戶）：XXX單位（未知）

承建方：XXX單位（未知）

建設地：上海

2                      技術需求

（1）                      劇院凈空間尺寸，6.5米8米10米；

（2）                      為觀眾區(qū)提供模擬風，最大風速10為米/秒，變頻可調(diào)。

（3）                      保證觀眾區(qū)的氣流分布。

3                      設計考慮要點

    風洞項目點主要需要考慮以下幾方面：

（1）                      劇院模擬的風集中在劇場底部的觀眾區(qū)，所以出風口應設置在觀眾的正前方（即風機造型的底部）。

（2）                      觀眾區(qū)的面積約為寬3m×長4.8m，觀眾區(qū)前排與后排的風力有一定差異，后排座椅區(qū)需盡量與前排錯開布置。

（3）                      為滿足后期商業(yè)運營，風機計算應充分考慮較高的能效及更低的噪音。

（4）                      盡可能大程度的增大風扇造型墻的尺寸，使觀眾具有較強的沖擊視覺感，降低出風口對造型的破壞。

4                      總體布局

風洞項目為最大可能保證劇院的整體布局，采用風道沿劇場上方回流的方式，這樣可以盡量空出劇場的左右兩側(cè)空間。動力風機位于風扇造型墻正后方，這種動力0風機位置分布可以充分利用風扇造型墻后方的遮擋區(qū)域，盡可能增大觀眾區(qū)的實際使用面積。出風口采用小尺寸出風口尺寸（約1.2m），共計3個，分布于風扇造型墻底部，廠房的主視圖如下圖。

圖 4?1廠房主視圖

觀眾區(qū)距離前方風扇造型墻約4-4.5m，觀眾就座后，出風口與觀眾頭部基本保持在一個水平線上，可以大程度保證風的利用率。根據(jù)出風方向，風機垂直向下吹風，這樣可以盡可能減少動力風扇組所占的面積，廠房的俯視圖如下圖所示。

圖 4?2廠房府視圖

5                      流道設計

5.1                      流道回路設計

本試驗系統(tǒng)主要由風洞流道（及流道內(nèi)拐角導流片）、風機組成。風洞流道主要如下圖所示。出風口設計3200mm*1200mm口徑，共計3個出風口。

圖 5?1流道出風口示意圖

本風洞流道的主體結(jié)構由風機、3個拐角段、動力段、等直段、擴散段、收縮段等部分組成，采用符合氣動輪廓要求的鋼板(Q235B)焊接和法蘭連接組成。為保證試驗平臺的密封性能，各部段采用法蘭連接。各部段通過支腿與吊裝方式固定在樓體上。流道氣動輪廓圖如下圖所示。

圖 5?2流道氣動輪廓圖

風道各部分尺寸為：

1）       第一拐角

采取矩形截面，尺寸為5000mm*2000mm,內(nèi)裝有8片氣流導流片，進口位于劇場頂部，采用進氣格柵。

2）       等直段

為保證收縮段的入流品質(zhì)，風洞需要有等直段，等直管道選取較長的長度來起到靜流段的作用，等直段截面為矩形結(jié)構截面尺寸為5000mm*2000mm，長8000mm，內(nèi)部可以根據(jù)用戶要求設置空氣凈化裝置。

3）       第二拐角

第二拐角與等直段相連，截面尺寸為5000mm*2000mm，內(nèi)有8片氣流導流片。

4）       收縮段

收縮段對氣流起加速作用，同時能夠降低氣流的縱向和橫向湍流度，收縮段進口為5000mm*2000mm，出口為3200mm*1100mm，主要提高氣流速度，增加風扇進氣速度，提高風扇效率。

5）過渡段

為實現(xiàn)氣流的平穩(wěn)過渡，布置方圓過渡段從而對氣流進行過渡。過渡段為矩形結(jié)構變?yōu)?/span>3個獨立圓形結(jié)構，與動力段風機相連。長度為1000mm。

6）動力段

動力段作為動力源提供風洞運行所需的能量，為風洞的心臟，動力段擬使用1100mm直徑風機，總功率為15KW。由變頻控制，上位機采用PLC終端觸摸屏給定速度。

7）擴散段

入風口為1100mm*3200mm，出風口為1200mm*3200mm，可以根據(jù)用戶要求風覆蓋面積確定。

5.2                      風機設計

按照經(jīng)典流體阻力損失計算方法，取試驗區(qū)（觀眾區(qū)）風速為15m/s，按照標準大氣壓力101325Pa，，試驗區(qū)溫度25℃，試驗段密度1.225，考慮到洞體加工粗糙度與計算用表面粗糙度可能會存在差異，以及廠房通風情況影響，預計單臺風機功率約為5kW，數(shù)量為3臺，總功率為5×3=15kW，風機將在詳細設計后給出選型，風機直徑約為1.1m，豎直朝下放置，一字型分布。

6                      系統(tǒng)控制

控制系統(tǒng)的整體架構基于工業(yè)以太網(wǎng)，采用基于現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡化的分布式測控系統(tǒng)。采用分布式結(jié)構使測控功能分散化、各子系統(tǒng)既可獨立運行，又可通過網(wǎng)絡相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)工作，使故障影響減至最小，整體系統(tǒng)安全可靠，操作靈活，維修方便，也易于系統(tǒng)的擴展和更新。采用分布式采集控制方案使復雜分布、分散的系統(tǒng)構成一個完整的自動化程度高、生產(chǎn)率高，支持風洞試驗平臺所有階段運轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡測控系統(tǒng)，系統(tǒng)框架圖如下。

圖 6?1控制系統(tǒng)原理組成

主要包括為主控系統(tǒng)、風機控制系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。測控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將主控制系統(tǒng)和下級控制系統(tǒng)連接起來。主控軟件位于頂層，控制器PLC作為中間層，能夠接收指令。數(shù)據(jù)采集的功能是監(jiān)測實時數(shù)據(jù)，記錄試驗過程中風洞的壓力、溫度等參數(shù)，后臺程序進行數(shù)據(jù)的處理和計算并存儲數(shù)據(jù)。安全系統(tǒng)能夠有效保障試驗設備的運行安全，當非關鍵系統(tǒng)故障時，能夠自動采取緊急停車等措施，避免重大人身傷害及重大設備損害的事故發(fā)生。

測量風速采用風速管，在造型風扇前方安裝風速管，其方向與出方口軸線方向一致，并用測量管將總壓和靜壓連接到風速管上，通過測量壓差，經(jīng)PLC采集系統(tǒng)采集后計算出風速。

7                      配電

系統(tǒng)用電為AC380V，預計需要20-30kW(以詳細設計為準)，需要客戶在附近預留供電點，并連接至配電箱/柜處。以最大風速運行時，每小時消耗電量約20kWh