风洞
第2讲-风洞
定常流动
29
30
1. 风洞的构成与分类 2. 风洞实验技术 3. 风洞实验技术之－－流动显示 4. 模型实验与实际流动问题间的相似性 5. 风洞应用举例
航空航天、一般工业、体育、科学研究
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模型实验
相似准则
几何相似 运动学相似 动力学相似
主要因素
实际问题
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CD
=
1
FD
ρV 2 A
=
f (Re)
2
风速100m/s 功率7800kW
冷战期间70年代，美国人获准参 观，赞叹之余，连呼难以置信， 认为我们得到苏联人的帮助。
冷战结束后90年代，俄罗斯人获 准来到绵阳参观，赞叹之余，认 为我们一定得到了美国的技术支 持。
中国人自己的创造力 11
Sketch of the Wright brothers' 1901 wind tunnel
1. 风洞的构成与分类 2. 风洞实验测量 3. 风洞实验之一 流动显示 4. 模型实验与实际流动问题间的相似性 5. 风洞应用举例
航空航天、一般工业、体育、科学研究
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迹线、流线和脉线
——用于显示和描述流场的 迹线：同一流体质点 的运动轨迹。
实验中： 给流体作标记，如着色，然后随之运动连续曝光拍照。
关心的 (可用脉线或迹线显示流场)
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定常流动 染色线（脉线）＝流线
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外加物质法(烟风洞,烟线法,烟屏法和蒸汽屏法,粒子图像法, 氦气泡法,氢气泡法,染色法,水面撒播法;表面流动显示—— 丝线法,油膜法,升华法,液晶法等 )
光学法(阴影法,纹影法,干涉法,激光测速仪,粒子图像速度仪, 全息干涉 ) 注入能量法－辉光放电法和电子束法
风洞试验技术的介绍和应用
ZD-1风洞典型工程测压试验
覆冰导线气动力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
施工防护网测力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
电动转轴风洞测力试验
气动弹性模型测振试验
目的：研究气弹模型的风振特性和响应、获得风振系数等参数
风力测试技术
天平
测力天平是直接测量作用在结构物模型上静风荷载（空气动力）的一种测 量装置，简称天平。
天平可以将作用在模型上的静风荷载按天平的直角坐标系分解成三个互相 垂直的力分量和绕三个坐标轴的力矩分量，并分别测量。
天平分类
按测力原理分：机械天平、应变天平、压电天平和磁悬浮天平 按所测分量分：单分量天平、三分量天平、五分量天平和六分量天平 按安装型式分：外式天平、内式天平 按频率响应分：静力天平、高频天平
气动刚性模型测压试验
主要对象： 低矮建筑 高层建筑 体育场馆 会展中心等
目的： 确定结构物表面风压（系数） 平均风压／脉动风压
确定结构体型系数
确定结构物的面/线荷载
应用： 建筑物幕墙、屋盖等覆面设计 － 瞬时风荷载
主结构设计静响应分析（动荷载、位移、加速度 )– 脉动风荷载
相似理论
相似准则
斯特拉哈数：非定常惯性力与定常惯性力的比值 欧拉数：流体压力与流体惯性力的比值 雷诺数：流体惯性力与流体粘性力的比值 弗劳德数：流体惯性力与重力的比值 柯西数：结构弹性力与流体惯性力的比值 惯性参数：结构惯性力与流体惯性力的比值 阻尼参数：无量纲阻尼比
相似理论
基本缩尺比
天平测力技术
ZD-1风洞精密仪器介绍
热线风速仪
品牌：DANTEC 出产地：丹麦 量程：0.5～60m/s 精度：±1.5%或±0.02m/s 采样频率：10kHz 通道数：4通道 购置时间：2010.9
关于风洞
风洞（英语：Wind tunnel）是空气动力学的研究工具。
风洞是一种产生人造气流的管道，用于研究空气流经物体所产生的气动效应。
风洞除了主要应用于汽车、飞行器、导弹（尤其是巡航导弹、空对空导弹等）设计领域，也适用于建筑物、高速列车、船舰的空气阻力、耐热与抗压试验等。
简介风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。
这种方法，流动条件容易控制，可重要依据是运动的相对性原理。
实验时，常将模型或实物固定在风复地、经济地取得实验数据。
为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。
但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。
此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。
历史1871年，弗朗西斯〃赫伯特〃韦纳姆和约翰〃布朗宁设计并建造了世界上第一座风洞1901年，莱特兄弟为研究飞机及得到正确的飞行资料，发明了风洞隧道进行测试[1]。
1902年莱特兄弟以风洞隧道的测试与前两架滑翔机的经验，建造第三架滑翔机，为当时最大的双翼滑翔机，并在机尾加装垂直尾翼，以防止转向时发生翻转，并进行了上千次的试飞。
而最终在1903年发明了世界上第一架带有动力的载人飞行器——莱特飞行器。
1945年，第二次世界大战尚未结束时，德国设计并开始建造一个实验段直径1米，最高风速达10马赫的连续式高超音速风洞。
战争结束后被美国缴获，美国仿制并作了适当修改后，一直到1961年才在阿诺德中心建立最高风速达12马赫的高超音速风洞。
因为风洞的控制性佳，可重复性高，现今风洞广泛用于汽车空气动力学和风工程（Wind Engineering）的测试，譬如结构物的风力荷载（Wind load）和振动、建筑物通风（Ventilation）、空气污染（Air pollution）、风力发电（Wind power）、环境风场（Pedestrian level wind）、复杂地形中的流况、防风设施（Wind break）的功效等。
风洞的实验原理
风洞的实验原理风洞是用于模拟大气流动的实验设备，它对于研究空气动力学特性、风力工程、建筑物抗风性能等领域具有重要的作用。
风洞通过模拟真实空气流动环境，提供各种空气速度、密度和压力条件，来观察物体在流场中的动力学效应和气动性能。
风洞实验的原理主要包括两个方面：流场模拟和测试测量。
首先，风洞要模拟真实的流场环境，使得空气流动的特性尽可能接近实际情况。
为了达到这个目标，首先需要考虑的是风洞的设计和建造。
通常风洞由进气道、扩散段、工作段和尾迹段等部分组成。
进气道的作用是将外界空气引入风洞，保证流场中流体的运动状态尽可能接近自由气流。
扩散段的作用是将进入风洞的流体加速，以满足各个工作段的实验要求。
工作段是进行实验的主要区域，主要有闭合式风洞和开放式风洞两种。
闭合式风洞的特点是流场封闭，气流在封闭环境中进行运动，适用于对较小的物体进行气动特性测试；开放式风洞则模拟了自由气流场，适用于大型模型的气动研究。
尾迹段的作用是消散来自工作段的干扰，减小后续实验的影响。
其次，风洞实验还需要进行测试和测量，以获取物体在流场中的动力学参数。
实验中常用的测试和测量手段包括风力测力、压力测量、风速测量和流场可视化等。
风力测力是通过在物体上安装力传感器，通过测量传感器受到的力来推导出物体所受到的气动力。
压力测量则是通过在物体表面或特定位置上安装压力传感器，获取物体表面的压力分布情况。
风速测量一般采用风速仪或热线风速仪等设备，用于测量流场中的风速。
流场可视化是将流场中的气流可视化，常用的方法包括烟雾法、激光光纤等，通过观察气流的形态和运动轨迹，了解流场中的流动情况。
在风洞实验中，为了保持实验的准确性和可重复性，还需要进行数据校正和误差分析。
数据校正主要是校正仪器的灵敏度和零点误差，并与标准数据进行对比和校验，确保实验数据的准确性。
误差分析是对于实验过程中产生的误差进行分析和控制，以确保实验结果的可靠性。
总之，风洞的实验原理包括流场模拟和测试测量两个方面。
风洞和风洞试验
张线天平
五、风洞试验
百闻不如一见，怎样观察到空气的流动状态？
飞机升力系数随攻角的变化 前缘缝翼和后缘襟翼的影响
五、风洞试验
0度攻角
15度攻角
汽车流动显示
纹影观察火焰
五、风洞试验
我有一个梦想！
美国NASA Ames研究中心
俄罗斯中央流体动力研究院（TsAGI） 法国ONERA莫当研究中心
招 聘 公 告
一、风洞试验的理论
风洞的尺寸、风速、压力等无法实现真实飞行环境，怎么办？
载客量：大于500人 长度：73 米 翼展：79.8 米 高度：24.1 米
一、风洞试验的理论
风洞的尺寸、风速、压力等无法实现真实飞行环境，怎么办？
Ma>5 (高总温)
三、高低速风洞结构
从低速起飞！
舰载机和低速风洞结构
三、高低速风洞结构
三、高低速风洞结构
超声速风洞，主要模拟相似准则： 1.4< Ma<5 可否通过提高低速风洞风扇转速实现超声速？
怎样让试验段的气流达到超声速？
低速风洞运行方式：一级轴流式风扇驱动
三、高低速风洞结构
气体沿变截面管道的流动：
连续方程：
d dV dA 0 V A
动量方程:
1 V dV
dp
速度与Ma、截面积关系: dV 1 dA (A为某一截面的面积) V Ma2 1 A
是否先收缩后扩张的喷管都能产生超声速？
根据等熵关系式：
1 Fr 2
fx
1 Ma2
p x
风洞实验报告
风洞实验报告引言：风洞实验作为现代科技研究的重要手段之一，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。
本报告将围绕风洞实验的原理、应用以及相关技术展开探讨，旨在加深对风洞实验的理解和应用。
一、风洞实验的原理风洞实验是通过利用风洞设备产生流速、温度和压力等环境条件，对模型进行真实环境仿真试验的一种方法。
其基本原理是利用气体流动力学的规律，使得实验模型暴露在所需风速的气流中，从而通过测量模型上的各种力和参数来分析其气动性能。
二、风洞实验的应用领域1.航空航天领域风洞实验在航空航天领域有着广泛的应用。
通过风洞实验，可以模拟不同飞行状态下的风载荷，评估飞机、火箭等载体的稳定性和安全性，在设计和改进新型飞行器时提供可靠的数据支撑。
2.汽车工程领域风洞实验在汽车工程领域同样具有重要意义。
通过对汽车模型在高速风场中的测试，可以优化车身外形设计，降低气动阻力，提高燃油效率。
此外，风洞实验还可用于汽车内部气流研究，如车内空调流场、风挡玻璃除雾等。
3.建筑工程领域在建筑工程领域，风洞实验可以帮助研究风荷载对建筑物结构产生的影响，以提高建筑物的抗风性能。
通过模拟真实的气流环境，可以评估建筑物在不同风速下的应力、应变分布情况，为工程设计和结构优化提供依据。
三、风洞实验技术1.气流控制技术气流控制技术是风洞实验中必备的关键技术之一。
通过对风洞内流场进行合理设计和调整，可以实现不同速度、湍流强度和均匀度的气流条件，以保证实验的准确性和可重复性。
2.试验模型制作技术试验模型制作技术对于风洞实验的结果具有重要影响。
模型的准确度和还原程度直接关系到实验数据的可靠性。
现如今，各类先进材料和加工技术的应用，使得模型制作更加精准和高效。
3.数据采集和分析技术风洞实验所得数据的采集和分析是判断实验成果的关键环节。
当前，数字化技术的快速发展为数据采集和分析提供了强有力的支持。
传感器、图像处理等先进技术的应用，使得实验数据获取更为精确和全面。
风洞
风洞风洞作为一种重要的试验工具，在流体力学研究领域发挥着不可替代的作用。
风洞可以模拟不同的空气流动情况，帮助科学家们更好地理解和预测自然界中的各种气流现象。
在本文中，我们将探讨风洞的原理、应用以及对科学研究和工程设计的重要性。
首先，让我们来了解一下风洞的原理。
风洞是一种特殊的设备，它通过使用强风来模拟不同的空气流动情况。
通常，风洞由一条长而窄的隧道组成，由一个强劲的风机产生强大的气流。
当空气经过风洞时，它会遇到模型或实验设备，通过观察实验设备在不同气流条件下的行为，科学家可以得出有关气流特性的重要信息。
风洞的应用非常广泛。
在航空航天领域，风洞被广泛用于飞机和火箭的设计和测试。
科学家们可以在风洞中模拟不同速度和方向的风，观察飞机在各种情况下的气动性能。
这有助于优化飞机的设计，提高其安全性和效率。
在汽车工业中，风洞也被用于测试汽车的气动性能，帮助设计师降低风阻，提高燃油效率。
此外，风洞还在建筑、桥梁和其他工程领域中发挥着重要作用，可以帮助工程师预测结构在强风环境中的表现，从而改进设计方案。
风洞对科学研究和工程设计的重要性不言而喻。
它提供了一种可控的实验环境，使科学家和工程师能够更好地理解和研究各种气流现象。
在没有风洞的情况下，科学家们将很难进行真实可靠的实验，得到准确的数据和结果。
风洞为他们提供了一个模拟真实环境的平台，能够更好地理解和解析气流现象，为相关领域的进一步研究和发展提供重要支持。
除了研究领域，风洞在教育和培训中也起着重要作用。
学生和工程师可以通过在风洞中进行实验，加深对气流现象的理解。
这种实践经验有助于学习者更好地应用理论知识，培养解决问题和创新的能力。
通过实验，学生和工程师们可以更深入地了解气流在不同条件下的行为，提高自身的专业技能水平。
然而，风洞也存在一些局限性。
首先，由于风洞的建造和维护成本较高，它只能被一些大型研究机构和工程公司所使用。
这限制了一些小型实验室和中小型企业的研究和设计能力。
建筑工程风洞
建筑工程风洞
风洞在建筑工程中的应用
风洞是一种模拟大气流动的实验设备，能够对建筑物在不同风速和风向条件下的气动性能进行测试和评估。
建筑工程中的风洞试验对于设计和改善建筑物的结构和形状非常重要。
风洞试验可以帮助工程师了解建筑物在风中的响应和反应，从而评估建筑物的安全性、稳定性和舒适性。
通过风洞实验，可以预测建筑物所受到的风力荷载，并确定建筑结构是否能够承受这些荷载。
在风洞试验中，建筑模型被放置在风洞中，并通过风洞中的风机产生气流。
通过测量建筑模型上的压力分布、风速和风压等参数，可以获得建筑物在风中的气动性能数据。
风洞试验可以帮助改善建筑物的设计，减少风压和风力荷载对建筑物的影响。
通过调整建筑物的形状、角度和细节，可以有效地改善其空气动力性能，减少风阻力和振动，提高建筑物的稳定性和安全性。
此外，风洞试验还可以用于评估建筑物内部空气流动和通风系统的效果。
通过模拟建筑物内部的气流情况，可以评估室内温度分布、气体浓度和通风效果，从而优化建筑物的通风设计，提高室内空气质量和舒适性。
综上所述，风洞在建筑工程中的应用非常广泛且重要。
通过风
洞试验，可以评估建筑物的气动性能，改善建筑物的设计，减少风压和风力荷载对建筑物的影响，并优化建筑物的通风设计。
这些都有助于提高建筑物的稳定性、安全性和舒适性。
5种壮观的奇妙汽车风洞
5种壮观的奇妙风洞
风洞（wind tunnel），这个名词是今天翻词典刚接触的，我想大家应该比我了解要多吧。
简单说风洞就是用来产生人造气流的管道。
用最没水平的话说，风洞的原理就像古时候做饭用的风箱吧。
风洞实验在飞行器研制工作中也是个重要组成部分，还在交通运输，房屋建筑，风能利用和环境保护等部门中也得到广泛的应用。
美国NASA就致力于飞行器的研制工作，从而进行多次的风洞实验。
我搜到很多设计独特的风洞，内外部的独特设计让它们成为世界杰作，下面这些风洞造型各异，希望大家有所了解。
1.梦幻风洞实验
这个飞机飞行隧道有点梦幻色彩，当然是根据题目来说，不过这段风洞隧道是1999年进行实验时候的虚拟隧道。
2.高超声速风洞
马赫数大于 5的超声速风洞就是高超声速风洞，这个风洞的速度达到15马赫数，必须在膨胀的热气流中停止它的液化。
3.渥太华国家研究委员会的风洞
看，这个巨大建筑，整体就是一个风洞，但是看上去像卧倒在地的蒸汽发动机。
军队轻便垂直风洞
当US军事活动中有出去野餐的之类的出游，就带上这个小型轻便的风洞。
至于用处，可想而知。
5.AAR西部海岸风力工具
除了航行器的设计者运用风洞工具之外，汽车工业上也应用到这一强大工具，就像图中这个东西，所有美国赛车手都熟悉，并应用自如。
汽车风洞试验就在这段风洞中进行。
汽车风洞中用来产生强大气流的风扇是很大的，比如奔驰公司的汽车风洞，风扇直径就达8.5m，驱动风扇的电动功率高达4000kW，风洞内用来进行实车试验段的空气流速达270km／h。
风洞试验技术介绍及应用
相似理论
相似准则
➢斯特拉哈数：非定常惯性力与定常惯性力的比值 ➢欧拉数：流体压力与流体惯性力的比值 ➢雷诺数：流体惯性力与流体粘性力的比值 ➢弗劳德数：流体惯性力与重力的比值 ➢柯西数：结构弹性力与流体惯性力的比值 ➢惯性参数：结构惯性力与流体惯性力的比值 ➢阻尼参数：无量纲阻尼比
相似理论
基本缩尺比
目的： 确定结构物表面风压（系数） 平均风压／脉动风压
确定结构体型系数
确定结构物的面/线荷载
应用： 建筑物幕墙、屋盖等覆面设计 － 瞬时风荷载
主结构设计静力风荷载 - 平均风荷载
结构风致振动响应分析（动荷载、位移、加速度 )– 脉动风荷
方法：
载 均匀流场
格栅紊流场
刚性不变体 压力传感器系统 表面风压
平均气动力 <- 三分力天平、五分力天平、六分力天平 脉动风荷载 <- 高频天平
ZD-1风洞典型工程测压试验
覆冰导线气动力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
施工防护网测力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
电动转轴风洞测力试验
气动弹性模型测振试验
目的：研究气弹模型的风振特性和响应、获得风振系数等参数
三、边界层风洞在风工程研究中的应用
相似理论 大气边界层流场模拟 气动刚性模型测压试验 气动刚性模型测力试验 气动弹性模型测振试验
相似理论
风洞实验的基础：绕模型的流动和绕原型的流动相似
流动相似的五大要素： ➢几何相似－最基本的流动相似条件 ➢运动相似－速度和加速度场的相似 ➢动力相似－同名作用力场的相似 ➢质量相似－密度场的相似 ➢热力相似－温度场的相似
国内近年兴建的边界层建筑风洞： 湖南大学(2004), 长安大学(2004), 大连理工大学(2006), 中国建科院 (2007), 西南交通大学(2007), 哈尔滨工业大学(2008), 石家庄铁道大学 (2009)，浙江大学(2010)
环境风洞_精品文档
环境风洞1. 引言环境风洞是现代工程领域中非常重要的设备，它可以模拟真实环境中的风力和气流条件，用于测试和验证飞行器、建筑物、汽车等物体的性能和耐受能力。
环境风洞的应用广泛，可以用于风洞实验、风洞模拟、风洞试验等多个方面，对于工程设计和研发具有重要意义。
本文将介绍环境风洞的概念、分类、工作原理以及应用领域。
2. 环境风洞的概念环境风洞指的是一种模拟和控制风场环境的设备，它可以产生不同风速、气温、湿度等因素的模拟环境，用于模拟风力对物体的作用，进而测试和分析物体在不同风速下的性能和耐受能力。
环境风洞一般由风机、加热器、加湿器等各种控制装置组成，可以在不同条件下进行实验。
3. 环境风洞的分类根据不同的应用领域和需求，环境风洞可以被分类为气动风洞、建筑风洞和区域气候模拟风洞等几种类型。
气动风洞主要用于飞行器、航天器、汽车等物体的气动性能测试和验证。
通过控制风速、湿度和气压等参数，模拟真实飞行环境，以实现飞行器的性能测试和改进。
建筑风洞主要用于建筑结构的设计和改进。
通过模拟风力对建筑物的作用，可以评估建筑物的稳定性、抗风性能以及空气流动对建筑内部环境的影响，为建筑设计和改进提供依据。
区域气候模拟风洞主要用于模拟特定区域的气候条件，如高海拔、极寒地区等。
它可以模拟地面高度、气温、湿度、气压等多种因素，为特定环境下的设备和系统测试提供实验条件。
4. 环境风洞的工作原理环境风洞一般由风机、加热器、加湿器、温度传感器、湿度传感器、仪器控制系统等组成。
其工作原理如下：首先，风机通过吸入外界空气，并将其加速后排出，产生一定的风速。
风机的大小和功率决定了风洞能够产生的最大风速。
其次，加热器和加湿器可以对进入风洞的空气进行加热和加湿，以模拟不同环境下的气温和湿度条件。
然后，温度传感器和湿度传感器可以实时监测风洞内的温湿度变化，并反馈给仪器控制系统。
最后，仪器控制系统根据用户设定的参数，对风机、加热器和加湿器进行控制，以实现不同环境条件下的模拟和控制。
第四章：大气边界层风洞基本类型
@ TJ-2风洞主要功能 ~ 在试验段距入口3.75m设有直径1.6m的自动控制转盘，转盘下设
置有六分量浮框式汽车模型试验用应变天平。可以进行1:5~1:3汽 车模型测力试验、桥梁节段模型测力试验等。
结构抗风试验 四：大气边界层风洞的基本类型
4.3 闭口回流边界层风洞
~ 在试验段距出口11.15 m处设有直径1.85m的自动转盘。可以进行
第四章内容
4.1：风洞的定义及类型 4.2：开口直流边界层风洞 4.3：闭口回流边界层风洞
结构抗风试验
四：大气边界层风洞的基本类型
4.1 风洞的定义及类型
¾ 风洞是指一个按一定要求设计的、具有动力装置的、用
于各种气动力试验的可控气流管道系统 ¾ 风洞的基本类型
z 从流动方式来看 @ 闭口回流式风洞 @ 开口直流式风洞 z 从风洞试验段的构造来看 @ 封闭式风洞 @ 敞开式风洞 z 从风洞的功能来看 @ 航空风洞 @ 建筑风洞 @ 汽车风洞 @ 环境风洞
拐角段
平衡缝 扩散段
拐角段 导流片 2.5 3.0 转盘 2 处断面
试验段 导流片
11.15
蜂窝器
（尺寸单位:m）
@ 切角矩形断面封闭式试验段：宽、高、长分别为2.5m、3.0m和15m @ 空风洞最大风速68m/s
结构抗风试验
四：大气边界层风洞的基本类型
2.5
4.3 闭口回流边界层风洞
@ 切角的作用：降低由于洞壁边界层效应引起的 ~ 顺流向的速度梯度 ~ 顺流向的压力梯度
¾ 闭口回流风洞具有缺点
z 由于需要建造回流管道和拐角导流片，因此初始造价要比开口直
流风洞高得多
z 如果需要进行大量的烟雾流迹显示试验或使用内燃机发动机，那
风洞的分类
风洞的分类
风洞是一种用于模拟空气流动的实验设备，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑设计等领域。
根据不同的分类标准，风洞可以分为多种类型：
1. 按流速分类：
- 低速风洞：模拟低速空气流动，通常用于研究建筑、汽车、桥梁等结构在低速风场中的响应。
- 中速风洞：适用于一些中等速度下的空气动力学实验，例如飞机模型的性能测试。
- 高速风洞：用于模拟高速空气流动，主要用于航空航天领域的空气动力学研究。
2. 按工作原理分类：
- 常规风洞：通过机械或电子设备产生空气流动。
- 喷气风洞：利用高压空气通过喷嘴产生高速气流，适用于高速空气动力学实验。
- 旋转风洞：通过旋转工作介质（如电风扇）产生气流，常用于小尺度实验。
3. 按用途分类：
- 空气动力学风洞：用于飞行器、汽车、桥梁等结构在不同速度下的空气动力学性能研究。
- 热风洞：除了模拟气流外，还能够模拟空气温度变化，常用于航空发动机性能测试。
- 水池风洞：使用水作为模拟介质，主要用于水下机械、船舶等的水动力学研究。
4. 按结构形式分类：
- 开式风洞：一侧或两侧开口，模拟自然大气流动，适用于大型结构的实验。
- 封闭风洞：完全封闭，通过机械设备产生气流，适用于对气流进行更为精密控制的实验。
5. 按实验对象分类：
- 大型风洞：用于大型结构（如飞机、大桥）的空气动力学性能测试。
- 小型风洞：主要用于小型模型（如汽车、建筑）的实验研究。
这些分类方法并不是互斥的，一个风洞可能属于多个分类中的一个或多个。
不同类型的风洞在不同领域和实验需求中发挥着重要的作用。
风沙环境风洞的组成
风沙环境风洞通常由以下组成部分构成：
1.风机：风洞中的核心设备是风机，用于产生高速气流和模拟风沙环境。
风机通常采用大
功率电动机，通过叶片旋转来产生强大的气流。
2.调节系统：风洞需要能够调节气流速度和风向的系统。
这些系统通常包括可调节的导流
板、喷嘴和导流器等，可以控制风洞内的气流流向和速度。
3.粉尘生成系统：为了模拟真实的风沙环境，在风洞中需要加入粉尘颗粒。
粉尘生成系统
通常由粉尘仓、输送装置和喷洒装置等组成，能够将粉尘均匀地喷入风洞中。
4.测量和监测系统：为了对风洞中的气流和粉尘进行监测和分析，需要安装测量设备。
常
见的设备包括风速计、压力计、温湿度计、颗粒浓度计等，用于测量和记录风洞中的各种参数。
5.控制系统：风洞的控制系统负责对风机、调节系统和粉尘生成系统进行统一的控制。
通
过控制系统，可以实现对风速、风向、气流稳定性和粉尘浓度等参数的精确控制。
6.试验区域：风洞中的试验区域是模拟真实环境的空间，用于进行各种风沙环境相关的试
验和研究。
试验区域通常具有适当的尺寸和结构，以满足不同的研究需求。
这些组成部分共同构成了风沙环境风洞，使研究人员能够模拟和研究各种风沙环境条件，从而深入了解和应对风沙灾害。
风洞的原理及应用
风洞的原理及应用风洞的原理风洞是一种用于研究固体物体在流体中运动的实验设备。
它模拟飞行时的流体环境，通过产生高速气流来模拟真实的飞行条件。
风洞的原理基于流体力学和气动力学的基本原理。
1. 流体力学流体力学研究了流体的运动和力的作用。
在风洞中，流体可以是气体或液体。
流体的运动可以遵循牛顿定律和伯努利原理。
牛顿定律描述了物体受力后的运动轨迹，而伯努利原理描述了在不同流速下流体的压力变化。
2. 气动力学气动力学是研究空气动力学性质和飞行器运动的学科。
在风洞中，气动力学被应用于分析和预测物体在高速气流中的运动和气动力。
通过测量物体所受的气动力，可以评估其空气动力学性能并进行改善。
风洞利用流体力学和气动力学的原理，可以模拟飞行器在真实空气中的运动，提供重要的实验数据和技术支持。
风洞的应用风洞在航空航天和其他行业中具有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：1. 飞行器设计与优化风洞是飞行器设计和优化的重要工具。
通过在风洞中对模型进行试验，可以评估其空气动力学性能，包括阻力、升力、稳定性和操纵性等。
风洞试验可以帮助设计师改善飞行器的性能，减少空气阻力，提高燃油效率和飞行稳定性。
2. 结构与材料强度测试风洞可以用于测试飞行器结构和材料的强度。
通过将飞行器模型置于高速气流中，可以模拟真实飞行条件下的气动载荷和振动。
这可以帮助工程师评估飞行器的耐久性和结构强度，以确保其安全飞行。
3. 气动噪声研究风洞还可用于研究飞行器产生的气动噪声。
通过在风洞中模拟高速气流环境，可以测试飞行器在飞行过程中产生的噪音级别和频谱特征。
这对于研究和改进飞行器的噪声控制技术非常重要，以减少对环境和人类的影响。
4. 建筑与城市规划设计风洞也可用于建筑和城市规划的设计。
通过在风洞中模拟空气流动，可以评估建筑物的风荷载、风压分布和风环境对建筑物的影响。
这对于设计抗风结构和优化建筑形状非常重要，以确保建筑物在恶劣风条件下的安全性和舒适性。
总结风洞利用流体力学和气动力学的原理，模拟真实的飞行条件，对飞行器设计和其他领域的研究提供了重要的实验手段和数据支持。
风洞的原理和应用
风洞的原理和应用风洞是一种模拟大气环境和气流特性的实验设备，通过在绝对静止或运动的气流中放置被测试物体，可以模拟飞行、航天、汽车、建筑等领域中的气流以及相关物理特性的实验和研究。
风洞的原理主要包括原始气流产生、气流加热和冷却、气流控制和测量等几个方面。
1.原始气流产生：风洞需要产生足够的气流速度和压力，以模拟真实环境的风。
在风洞的入口部分，使用风机或压缩机产生一定的气流，然后通过管道输送到测试区域。
气流的产生需要考虑流量、速度、压力等参数的控制。
2.气流加热和冷却：由于测试物体的实际工作条件可能会随温度的变化而发生改变，为了模拟这种情况，风洞需要对气流进行加热和冷却。
加热可以通过电加热器、燃烧器等方式实现，而冷却则可以通过制冷机或传热系统实现。
3.气流控制：为了精确控制气流在测试区域中的速度和方向，风洞需要使用各种气流控制装置。
常见的气流控制装置包括风门、风管、喷口等。
这些装置可以改变气流的流动速度和方向，以满足实验的需要。
4.气流测量：为了对气流的速度、压力、温度等参数进行准确测量，风洞需要配备一系列的传感器和测量设备。
常见的气流测量设备有风速仪表、压力传感器、温度传感器等。
风洞的应用广泛，常见的应用领域包括：1.航空航天领域：风洞可以用于模拟飞机在不同速度、高度和气流条件下的飞行状态，以测试飞机的气动性能和飞行稳定性。
通过风洞实验，可以研究和改进飞机的气动外形设计、翼型、舵面的形状和位置等。
风洞还可用于模拟火箭、导弹等飞行器在大气层内的气动特性，以提高其飞行的安全性和效率。
2.汽车工程领域：风洞可以模拟汽车在不同行驶速度、风速和风向条件下的空气动力学特性。
通过风洞实验，可以优化汽车的外形设计、减轻阻力、降低风噪声等，提高汽车的燃油效率和行驶稳定性。
此外，风洞还可以用于测试两车相遇时的气流效应，研究车内风噪声和空调系统的性能。
3.建筑工程领域：风洞可以模拟风荷载对建筑物的作用，包括风压、风速和风向等。
世界上最大的风洞
世界上最大的风洞多愁善感的诗人说：孤寒中的梅花，坚韧顽强，傲然独立，潇洒的北风，你忍心在如此严寒之中再摧残她吗?请放慢脚步，精心的呵护她吧~~但对于某些东西，风中的摧残是考验，是为了让它更加完美，避免惨重的后果。
而这考验之地，就是风洞。
接下来，小编来带大家认识风洞。
世界最大的风洞NASA AMES风洞(wind tunnel)即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
风洞实验是飞行器研制工作中的不可缺少的组成部分。
实验时，常将模型或实物固定在风洞中反复地、经济地取得实验数据。
风洞实验容易控制流动条件，可重要依据是运动的相对性原理，不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更不可或缺。
风洞有很多种类，技术流的说明可点击页面最下方链接。
风洞是航空航天领域极为重要的地面试验设施。
现在世界上最大的风洞，属于航天领域的老大，美国国家航空和航天局(NASA)。
Ames风洞坐落在加州Mountain View的艾姆斯研究中心(Ames Research Center)，Ames研究中心是美国国防部在1939年12月20日建造的，总耗资30亿美金。
最初成立是为了从事对螺旋桨飞机的空气动力学的风洞研究，逐渐发展到航天和信息技术。
Ames在很多NASA和美国太空及航空项目中起到很关键的作用。
它引领着天体生物学、小卫星、探月机器人、寻找可居住行星、超级计算机、智能/自适应系统、先进的气候保护及机载天文学的研究工作，目前有2300名员工，每年享有8.6亿美元的政府财政预算支持。
Ames风洞由一座风扇电机功率25兆瓦的12.2米×24.4米全尺寸低速风洞The Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT)，和一个75兆瓦的National Full-Scale Aerodynamics Complex (NFAC)组成，它拥有一个24.4米× 36.6米的世界最大进气口。
风洞的原理和应用
风洞的原理和应用1. 风洞的定义风洞是一种通过模拟真实大气环境中的流体流动来研究空气动力学和流体力学问题的实验设备。
它可以模拟不同的气流速度、温度和密度条件，用以测试各种物体在不同条件下的气动性能和流场情况。
2. 风洞的原理风洞的主要原理是利用压缩机将大气中的空气加压，在风洞中形成流速可控、温度可控的气流环境。
风洞通常由进气口、流道、工作区和出口组成。
•进气口：进气口通常采用可调节的活塞式进气结构，可以精确控制进气速度和压力。
•流道：流道是气流在风洞中流动的通道，其形状和尺寸可以根据实际需求进行设计和调节。
•工作区：工作区是放置待测物体的区域，通过调节风洞中的气流速度、温度和压力等参数，可以模拟不同的工作条件。
•出口：出口通常通过可调节的出口阀门来控制气流的排放和流速。
3. 风洞的应用风洞广泛应用于航空航天、汽车、建筑和体育器械等领域，它可以在实验室环境中模拟风场，对不同物体在气流中的运动和气动性能进行测试。
3.1 航空航天领域在航空航天领域，风洞被广泛用于飞机的气动性能测试和风洞模型的研制。
通过在风洞中放置飞机模型并模拟不同的飞行速度和角度，可以测试飞机的升力、阻力和操纵性能，以提供设计和改进飞机的依据。
3.2 汽车工业风洞在汽车工业中的应用主要是对车身气动性能和空气阻力的测试。
通过在风洞中放置汽车模型，并调节风洞中的气流速度和方向，可以评估车辆在不同速度下的气动稳定性、空气阻力和燃油经济性，从而对汽车外形设计进行改进和优化。
3.3 建筑工程在建筑工程领域，风洞可以用于评估建筑物在不同风速下的风压、风荷载和气流分布。
通过在风洞中放置建筑模型并模拟不同风速条件，可以了解建筑物在风中的受力情况，从而指导建筑物的结构设计和防风措施的制定。
3.4 体育器械风洞还可以用于测试体育器械的气动性能，例如高尔夫球、自行车和滑雪板等。
通过在风洞中模拟不同的运动速度和气流条件，可以评估器械的空气阻力和稳定性，为改进器械设计提供依据。
风洞的参数
标题：风洞参数详解
风洞是一种用于模拟空气流动的实验室设备，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑研究等领域。
以下是风洞的主要参数及其含义：
1. 风洞尺寸：风洞的尺寸通常用洞径或洞长来表示。
洞径是指风洞的圆形截面直径，洞长则是指风洞的直线距离。
这些参数决定了风洞的容量和功率，是风洞设计中的重要因素。
2. 气流速度：气流速度是风洞的主要参数之一，它决定了风洞模拟空气流动的能力。
一般来说，更高的气流速度意味着更高的模拟精度和更大的动态范围。
3. 气流温度：气流温度是指进入风洞的气体温度。
在某些领域，如航空航天和汽车工程，气流温度对空气动力学性能有重要影响。
4. 气流密度：气流密度是指单位体积内气体的质量。
气流密度对空气动力学性能有重要影响，因此在某些领域，如汽车工程中，需要精确控制气流密度。
5. 驱动功率：驱动功率是指驱动风洞运转所需的能量。
它取决于风洞的尺寸、气流速度和温度等多个因素。
6. 稳定性：稳定性是衡量风洞性能的重要参数，它决定了风洞在高速运行时的稳定性和精度。
7. 控制系统：风洞控制系统负责控制气流速度、温度、密度等参数，以确保模拟结果的准确性。
总之，了解和掌握风洞的参数对于正确使用和优化风洞性能至关重要。
通过合理选择和调整这些参数，我们可以获得更准确、更可靠的模拟结果，从而推动相关领域的研究和发展。
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风洞科技名词定义中文名称：风洞英文名称：wind tunnel定义1：在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的气流，用以对模型进行空气动力实验的一种设备。
所属学科：地理学（一级学科）；沙漠学（二级学科）定义2：在一个按一定要求设计的管道内，产生控制流动参数的人工气流，以供作空气动力学实验用的设备。
所属学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科）定义3：测定昆虫对挥发性物质的定向行为反应的室内装置。
所属学科：昆虫学（一级学科）；昆虫行为与信息化学（二级学科）定义4：测定昆虫对挥发性物质的定向行为反应的装置。
所属学科：生态学（一级学科）；化学生态学（二级学科）定义5：能人工产生和控制气流，对飞行器或物体周围气体的流动进行模拟观测研究的管道状试验设备。
所属学科：水利科技（一级学科）；水力学、河流动力学、海岸动力学（二级学科）；水力学（水利）（三级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布展开编辑本段简介自然风洞(5张)风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起NF-3低速风洞翼型实验着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。
用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。
实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。
这种方法，流动条件容易控制，可重复地、经济地取得实验数据。
为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。
但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。
此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。
编辑本段风洞的组成风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而异。
编辑本段洞体它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。
实验段上游有提高气流匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。
实验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或导回到风洞入口的回流段。
有时为了降低风洞内外的噪声，在稳定段和排气口等处装有消声器。
编辑本段驱动系统它有两类，一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。
风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。
改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流低速风洞的速度。
直流电动机可由交直流电机组或风洞实验室(11张)可控硅整流设备供电。
它的运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用。
使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞,但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大,例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦，产生超声速气流则约为16000～40000千瓦。
另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。
使用这种驱动系统的风洞称为暂冲式风洞。
暂冲式风洞建造周期短，投资少，一般[[雷诺数]]较高，它的工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速风洞。
对于实验时间小于1秒的脉冲风洞还可通过电弧加热器或激波来提高实验气体的温度，这样能量消耗少，模拟参数高。
编辑本段测量控制系统其作用是按预定的实验程序，控制各种阀门、活动部件、模型状态和仪器仪表，并通过天平、压力和温亚音速、跨音速、超音速风洞度等传感器，测量气流参量、模型状态和有关的物理量。
随着电子技术和计算机的发展，20世纪40年代后期开始，风洞测控系统，由早期利用简陋仪器，通过手动和人工记录，发展到采用电子液压的控制系统、实时采集和处理的数据系统。
编辑本段风洞的种类风洞种类繁多，有不同的分类方法。
按实验段气流速度大小来区分，可以分为低速、高速和高超声速风洞。
编辑本段低速风洞实验段气流速度在130米／秒以下(马赫数≤0.4)的风洞。
世界上第一座风洞是F.H.韦纳姆于1869～1871年在英国建造的。
它是一个两端开口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，长3.05米。
美国的O.莱特和W.莱特兄弟在他们成功地进行世界上第一次动力飞行之前，于1900年建造了一个风洞，截面40.6厘米×40.6厘米,长1.8米,气流速度为40～56.3千米／小时。
以后,许多国家相继建造了不少较大尺寸的低速风洞。
基本上有两种形式,一种是法国人A.-G.埃菲尔设计的直流式风洞；另一种是德国人L.普朗特设计的回流式风洞,图1是这两种风洞结构示意图。
现在世界上最大的低速风洞是美国国家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速风洞。
这个风洞建成后又增加了一个24.4米× 36.6米的新实验段，风扇电机功率也由原来25兆瓦提高到100兆瓦。
低速风洞实验段有开口(见图1实验段)和闭口两种形式,截面形状有矩形、圆形、八角形和椭圆形等，长度视风洞类别和实验对象而定。
60年代以来，还发展出双实验段风洞，甚至三实验段风洞。
图2为中国气动力研究与发展中心的8米(宽)×6米(高)、16米(宽)×12米(高)闭口串列双实验段开路式风洞示意图。
编辑本段风洞介绍风洞就是用来产生人造气流(人造风)的管道。
在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域，汽车风洞试验就在这段风洞中进行。
汽车风洞中用来产生强大气流的风扇是很大的，比如奔驰公司的汽车风洞，其风扇直径就达8.5m，驱动风扇的电动功率高达4000kW，风洞内用来进行实车试验段的空气流速达270km／h。
建造一个这样规模的汽车风洞往往需要耗资数亿美元，甚至10多亿，而且每做一次汽车风洞试验的费用也是相当大的。
在低速风洞中，常用能量比Er衡量风洞运行的经济性。
式中v0和A0分别为实验段气流速度和截面积；ρ为空气密度；η和N 分别为驱动装置系统效率和电机的输入功率。
对于闭口实验段风洞Er为3～6。
雷诺数Re 是低速风洞实验的主要模拟参数，但由于实验对象和项目不同,有时尚需模拟另一些参数,在重力起作用的一些场合下（如尾旋、投放和动力模型实验等）还需模拟弗劳德数Fr，在直升机实验中尚需模拟飞行马赫数和旋翼翼尖马赫数等。
低速风洞的种类很多，除一般风洞外，有专门研究飞机防冰和除冰的冰风洞，研究飞机螺旋形成和改出方法的立式风洞，研究接近飞行条件下真实飞机气动力性能的全尺寸风洞，研究垂直短距起落飞机(V/STOL)和直升机气动特性的V/STOL风洞，还有高雷诺数增压风洞等。
为了研究发动机外部噪声，进行动态模型实验，一些风洞作了改建以适应声学实验和动态实验要求。
为了开展工业空气动力学研究，除了对航空风洞进行改造和增加辅助设备外，各国还建造了一批专用风洞，如模拟大气流动的速度剖面、湍流结构和温度层结的长实验段和最小风速约为0.2米/秒的大气边界层风洞，研究全尺寸汽车性能、模拟气候条件的汽车风洞，研究沙粒运动影响的沙风洞等。
编辑本段高速风洞实验段内气流马赫数为0.4～4.5的风洞。
按马赫数范围划分，高速风洞可分为亚声速风洞、跨声速风洞和超声速风洞。
编辑本段亚声速风洞风洞的马赫数为0.4～0.7。
结构形式和工作原理同低速风洞相仿，只是运转所需的功率比低速风洞大一些。
编辑本段跨声速风洞风洞的马赫数为0.5～1.3。
当风洞中气流在实验段内最小截面处达到声速之后，即使再增大驱动功率或压力，实验段气流的速度也不再增加，这种现象称为壅塞。
因此，早期的跨声速实验只能将模型装在飞机机翼上表面或风洞底壁的凸形曲面上，利用上表面曲率产生的跨声速区进行实验。
这样不仅模型不能太大，而且气流也不均匀。
后来研究发现，实验段采用开孔或顺气流方向开缝的透气壁，使实验段内的部分气流通过孔或缝流出，可以消除风洞的壅塞，产生低超声速流动。
这种有透气壁的实验段还能减小洞壁干扰，减弱或消除低超声速时的洞壁反射波系。
因模型产生的激波，在实壁上反射为激波,而在自由边界上反射为膨胀波,若透气壁具有合适的自由边界，则可极大地减弱或消除洞壁反射波系。
为了在各种实验情况下有效地减弱反射波，发展出可变开闭比（开孔或开缝占实验段壁面面积的比例）和能改变开闭比沿气流方向分布的透气壁。
第一座跨声速风洞是美国航空咨询委员会(NACA)在1947年建成的。
它是一座开闭比为12.5％、实验段直径为308.4毫米的开缝壁风洞。
此后跨声速风洞发展很快，到50年代就已建设了一大批实验段口径大于1米的模型实验风洞。
编辑本段超声速风洞洞内气流马赫数为1.5～4.5的风洞。
风洞中气流在进入实验段前经过一个拉瓦尔管而达到超声速。
只要喷管前后压力比足够大，实验段内气流的速度只取决于实验段截面积对喷管喉道截面积之比。
通常采用由两个平面侧壁和两个型面组成的二维喷管。
喷管的构造型式有多种,例如:两侧壁和两个型面装配成一个刚性半永久性组合件并直接与洞体连接的固定喷管；由可更换的型面块和喷管箱侧壁组成喷管，并将喷管箱与洞体连接而成的固块喷管；由两块柔性板构成喷管型面，且柔性板的型面可进行调节的柔壁喷管（图3）。
实验段下游的超声速扩压器由收缩段、第二喉道和扩散段组成(图4),通过喉道面积变化使超声速流动经过较弱的激波系变为亚声速流动，以减小流动的总压损失。
第一座超声速风洞是普朗特于1905年在德国格丁根建造的,实验马数可达到1.5。
1920年A.布泽曼改进了喷管设计,得到了均匀超声速流场。
1945年德国已拥有实验段直径约1米的超声速风洞。
50年代，世界上出现了一批供飞行器模型实验的超声速风洞，其中最大的是美国的4.88米×4.88米的超声速风洞。
现在建设的许多风洞，往往突破了上述亚声速、跨声速和超声速单一速度的范围，可以在一个风洞内进行亚声速、跨声速和超声速实验。
这种风洞称为三声速风洞。
中国气动力研究与发展中心的1.2米×1.2米跨声速、超声速风洞（图5）是一座三声速风洞。
60年代以来，提高风洞的雷诺数受到普遍重视。
跨声速风洞的模型实验雷诺数通常小于1×109，大型飞行器研制需要建造雷诺数更高（例如大于4×109）的跨声速风洞,因而出现了增高驻点压力的路德维格管风洞,用喷注液氮降低实验气体温度、提高雷诺数的低温风洞等新型风洞。
低温风洞具有独立改变马赫数、雷诺数和动压的能力，因此发展很快。