1                      背景概述

1.1                      項目信息

（1）                      項目建設方：XXX

（2）                      項目建設地：新疆吐魯番

1.2                      建設背景

我國西北地區(qū)風沙較大,沙塵暴頻繁發(fā)生，在沙塵暴的作用下沉積在絕緣子表面的沙塵量嚴重增大，沉積的沙塵使絕緣子工作環(huán)境發(fā)生變化，一旦絕緣子工作環(huán)境發(fā)生變化其電場分布將會發(fā)生畸變，絕緣子沿面電場大于空氣擊穿場強時，閃絡事故可能發(fā)生，因此通過建設沙塵風洞實驗室分析接觸網復合絕緣子在沙塵地區(qū)染污后的沿面電場分布，可為沙塵地區(qū)絕緣子閃絡機理的研究提供一定的參考。

沙塵風洞可開展研究風沙地區(qū)環(huán)境物理及其對材料和電力系統(tǒng)的影響機制，包括風沙天氣、沙塵暴對電網活動的影響，如模擬塵暴和塵卷風條件下的電力系統(tǒng)評估試驗；模擬設備表面砂塵的聚集和吹除作用，同時還承擔研究風致砂塵運動等大氣風蝕過程。

目前我國已有單位設有人工積污類的風洞，該類風洞只是利用風洞對各種型式的絕緣子作吹灰試驗，達不到更寬的風速適應性以及更均勻的濃度效果，目前我國還沒有真正的電網系統(tǒng)專用的風沙環(huán)境風洞實驗室。

1.3                     國家電網1.5m沙塵風洞方案 本項目技術難點

沙塵風洞建設主要的技術難點為：

（1）                      高風速的收集技術難點。過濾器在高風速下會產生更高的風道壓阻，考慮到本項目需要實現(xiàn)55m/s量級的高風速，超高的風速帶來更高的風阻，對風洞氣動設計帶來較高的設計難點，且對風沙試驗不利。

（2）                      氣動輪廓構型難點。對于本項目而言，采用不同的氣動輪廓構型會帶來不同的影響，直流式雖然風洞本體的建設成本低，但是對過濾的要求高，風洞能量效率低，需要更高功率的風機，綜合建設成本更高?；亓魇诫m然風洞本體建設成本高，但能量比高，對過濾要求不高，試驗和維護更便利，但需要更精準的設計，尋求適合本項目工況的氣動方案。

1.4                      項目創(chuàng)新性

（1）                      采集回流立式布局方案，避免了采用風阻式過濾收集裝置帶來的能量損失，利用沙塵自重提高了收集效率，降低了沙塵的投入量。

（2）                      采用長駐室結構，兼顧了擴展電網大型絕緣設備的試驗能力，更接近自然風沙環(huán)境空間，便于后期開展各類中大型試驗。

（3）                      使用矢量流量稱配合喂料，精確控制進行砂塵供給，同時采用大周期滯后的控制策略，保證控制精度滿足試驗要求。

1.5                      重要說明

本報告只作為初步項目評估使用，不作為最終實施依據。

2                      技術指標

（1）                      風洞類型：沙塵風洞

（2）                      風洞形式：回流式風洞，立式

（3）                      現(xiàn)有廠房約束：W10m×L40m×H13m

（4）                      環(huán)境溫度：-10°C～室溫

（5）                      試驗段尺寸：試驗段尺寸為1.0m（寬）×1.5m（高）×3.0m（長）

（6）                      試驗段風速范圍：2m/s~55m/s（29m/s以上時的沙塵試驗技術指標不作為驗收指標）

（7）                      風沙試驗：絕緣子測試，模擬新疆地區(qū)沙塵暴；沙塵試驗時最高風速為29m/s；

（8）                      沙塵濃度為0~250mg/m3、250~500mg/m3、500~1000mg/m3；

（9）                      沙塵試驗時長：1h；

（10）                      流場性能(試驗區(qū)中心)：

1）       風速范圍：2～55m/s ；

2）       模型區(qū)中心湍流度（最大風速）：1％左右；

3）       速度均勻性（最大風速）：不大于0.05；

（11）                      現(xiàn)場環(huán)境：白天空氣溫度最高55℃，地表溫度最高70℃，夜間低溫度-20℃；

實驗室凈空間尺寸，長度40米，寬度10米，高度13米以內，配套轉盤機構、加沙裝置、風洞試驗的控制設備、測試設備，流場指標按邊界層風洞合格指標，要求給出初步方案規(guī)劃、占地面積、用水、用電、用氣情況等。

3                      技術方案

3.1                      風洞形式

回流下吸立式。 開口帶駐室風洞總長： 30900mm。    

最大寬度：3500mm，風洞總高9500mm。

圖 3?1 風洞布置圖

3.2                      風洞風速控制

風速通過PLC系統(tǒng)及軟件自動控制。

3.3                      沙塵實驗

3.3.1                      總處理風量

噴口尺寸寬1.0m×高1.5m；

根據吹沙試驗時最大風速29m/s，可得：

最大吹沙試驗風量=1.5×1.0×29×3600=156,600m3/h；

3.3.2                      噴射砂塵流量

噴口尺寸寬1.0m×高1.5m；風速29m/s；沙塵濃度為 0～1000mg/m3,按最大濃度1000mg/m3計算:

砂流量=1.0×29×1.0×1.5×3600= 156.6kg/h；

因試驗時砂塵采用循環(huán)使用方式，砂塵在試驗箱內有少量懸浮和沉積，所以砂塵實際用量遠小于計算數(shù)值。

3.3.3                      砂塵濃度測量

砂塵儀采用交流靜電感應測量原理，當帶電粒子接觸或經過傳感器測量桿附近時，在測量桿上產生感應電動勢，這個電動勢經過測量放大，通過智能數(shù)字算法，過濾直流部分干擾信號，只有信號中的交流分布用于計算粉塵含量，對應輸出4-20mA或者報警開關信號。

3.3.4                      收集

1)       砂塵循環(huán)

采用螺旋輸送機構，將收塵斗下方的砂塵收集后輸送到下料器，再通過下料器下方的氣力輸送機構將砂塵按試驗濃度要求進行補料，試驗過程中部分砂塵可循環(huán)使用。輸送速度變頻可調，功率約11KW。

圖 3?2 俯視沙塵布置圖

圖 3?3螺旋輸送機構參考圖

2)       砂塵收集和管道清潔

配置1套集塵系統(tǒng), 功率約22KW（暫估）。在收集料斗下方設有閥門和接口，通過管道連接到集塵器上，試驗結束清潔系統(tǒng)或更換砂塵時使用。可手動控制和自動控制，集塵箱采用抽屜式結構，當灰塵積滿后打開門板，即可將儲料器拉出進行砂塵的清理，完成后再將儲料器送入即可。管道內其余殘留砂塵采用人工清潔方式。

3.4                      風洞主要幾何尺寸

考慮到上述指標要求，風洞主要幾何尺寸如下：

（1）                      試驗段

1000mm×1500mm×3000mm，采用開口射流封閉駐室形式，有效避免沙塵擴散，降低風洞能量損耗。加長駐室設計，有效沉積沙塵，另外增加駐室長度，可以有充分條件用來模擬大氣邊界層。

（2）                      動力段

由異步電動機提供，Ф2000mm×5000mm，擬使用8片葉片，內有整流裝置。

（3）                      收縮段

收縮比6，長3000mm。

（4）                      穩(wěn)定段

3000mm×3000mm，長2200mm。內有二層紊流網及不銹鋼蜂窩器。

4                      廠房條件需求（甲方/最終用戶方提供）

（1）                      安裝場地由使用方提供，風洞總體使用電源功率不低于400kVA（暫定，可優(yōu)化功率），并提供安裝和調試期間的電。

（2）                      甲方提供滿足風洞的地面載荷基礎。

（3）                      滿足風洞部段和相關設備進出的物流通道和安裝空間。

（4）                      安裝和調試期間的基本生活條件。

5                      項目建設周期

本項目預計建設周期：6-8個月（非冬季時期，考慮新疆地區(qū)，工期略長）。

6                      已建成有風洞業(yè)績

6.1                      蘭州大學沙塵風洞

蘭州大學多功能環(huán)境風洞實驗室是西部災害與環(huán)境力學教育部重點實驗室的重要研究平臺，建設過程中得到“985工程"、“雙很好建設"的強力支持，總投資超過2000萬元，2006年已驗收。

該風洞為直流下吹式風洞，由動力段、整流段、實驗段和擴散段四部分組成，風速由3m/s至40 m/s連續(xù)可調，洞體總長55m，實驗段長20m，實驗段截面積1.30 m （寬）×1.45 m （高），是中國西北地區(qū)尺寸最大的環(huán)境風洞平臺，主要用于近地層風環(huán)境模擬，開展與之相關的風沙（雪）運動機理、土壤侵蝕過程、風成地貌機制，荒漠化治理方案以及建筑物風載等方面的實驗研究。風洞實驗室配備有粒子圖像測速儀（PIV）、多普勒粒子動態(tài)分析儀（PDA）、熱線風速儀、多通道壓力掃描閥、高速攝影儀、風速廓線儀、超聲風速儀、氣溶膠粒度譜儀、集沙儀、六分力天平、粒徑分析儀等專業(yè)測量設備，同時還配備大量的實驗輔助設備以及自主研發(fā)的專業(yè)型測量裝置，為相關科研實驗的開展提供了堅實的設備支持。

圖 6?1蘭州大學沙塵風洞

6.2                      中國XX集團XX所沙塵風洞

?       大型砂塵環(huán)境模擬設施，是世界上目前最大尺寸的砂塵試驗風洞。

?       具有砂塵混合試驗能力。

?       空氣溫度：20?C～72?C；

?       風速：V=1.5m/s～29m/s（噴口處）；

?       可模擬吹砂、吹塵及砂塵混合試驗。

?       2023年(已驗收)

圖 6?2 北京XX所沙塵風洞

6.3                      西南部地區(qū)-某整車沙塵實驗箱

砂塵試驗箱的主要試驗對象是大型猛士車以及車載部件、同等尺寸規(guī)模以下的電子信息裝備。具備砂塵環(huán)境模擬能力，滿足吹砂和吹塵試驗要求。

?                      出風口尺寸：不小于2m×2m；

?                      風速： 0m/s～29m/s（±1m/s）；

?                      砂塵濃度：

吹塵試驗濃度：10.6±7g/m3；

吹砂試驗濃度：低砂、中砂、高砂。

圖 6?3某整車砂塵試驗箱

6.4                      中國火星沙塵風洞

火星風洞可開展火星自主探測的相關研究，包括研究火星表面風致沙塵運動、沙塵暴的形成機理等火星大氣風蝕過程、火星大氣邊界層、沙礫遷移、地表面風蝕過程、塵埃光譜特性、塵埃的物理等特性。

火星風洞全長約4米，試驗段凈空間寬約0.21m，高約0.21m，真空容器為臥式結構，長度約5米，試驗時可使容器內真空壓力達到100Pa。容器上設有多個功能的法蘭接口，風洞上設有多個觀察窗，可進行PIV試驗。

圖 6?4火星沙塵風洞

6.5                      中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所風洞實驗室

6.6                      內蒙古農業(yè)大學風沙物理實驗室

試驗段尺寸為1.2×1.2×16m，風洞主要以風沙環(huán)境試驗研究、教學觀摩試驗為主，同時兼顧建筑學院、交通學院的教學科研需求。

(1) 微風速段：風速3～10.0m/s，測量精度：＜土1%（FS）

(2) 中風速段：風速10.0～40.0m/s，測量精度：＜土0.5%(FS)

圖 6?5 內蒙古農業(yè)大學風沙物理實驗室

6.7                      新疆交通科學研究院

6.8                      國家電網武漢電力科學研究院人工積污風洞