风洞试验技术的介绍和应用
风洞试验技术介绍及应用
二、风洞测试技术
风速测试技术 风压测试技术
风力测试技术
风速测量技术
皮托静压管（Pitot-static tube）
对于低速（即风速不超过0.3倍音速， 约100m/s）、不可压缩的流动，沿某一流 线作稳定流动的不可压缩无粘性气流应满 足下述伯努力方程：
1 U 2 C 2
p
ZD-1风洞典型工程测振试验
同塔四回路输电铁塔
ZD-1风洞典型工程测振试验
1800t柔性腿吊机
ZD-1风洞典型工程测振试验
复合屋面板单元测振试验
参考教材
黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用(第 二版)[M].上海： 同济大学出版社, 2008. [日]风洞实验指南研究委员会.建筑风洞实验 指南[M].孙瑛,武岳，曹正罡译.北京：中国建 筑工业出版社，2011. 埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦. 风对结构的作 用—风工程导论[M].刘尚培，项海帆，谢霁 明译.上海：同济大学出版社,1992.
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
宁波中国港口博物馆
绍兴东方山水图
刚性模型测力试验
目的：获得建筑、桥梁等整体和局部风荷载和动态气动力 方法：利用测力天平测出作用在整体结构上的气动合力（系数）或者作用 在结构不同节段上的气动力（系数） 对象：刚性不变形的全模型或节段模型
2014年创新实验指南
项目一：高层建筑风荷载干扰效应的测压试验研究（工程型）
1. 背景资料：
<<建筑结构荷载规范（GB 20009-2012）>>8.3.2规定:
第十讲 风洞试验技术
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
P static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
风洞试验在建筑结构设计中的应用
风洞试验在建筑结构设计中的应用在现代社会的高楼林立中，建筑结构设计的重要性不言而喻。
一个稳固的建筑结构不仅能够确保建筑物的安全稳定，还能够提供良好的舒适性和使用效果。
而风洞试验则成为了建筑结构设计中不可或缺的一个环节。
本文将从理论和实践两个方面，探讨风洞试验在建筑结构设计中的应用。
首先要明确的是，风洞试验是一种用于模拟真实环境中的风下对建筑物产生的力的试验方法。
它通过在试验风洞中模拟各种风荷载情况，对建筑结构进行力学性能和风压性能的测试和分析。
在建筑结构设计中，风洞试验主要用于以下几个方面的应用。
第一，风洞试验可以帮助设计师评估建筑结构在不同风荷载条件下的受力情况。
通过测量和分析建筑物受到的风压力和风荷载，设计师可以得到关于建筑物结构特性和稳定性的重要信息。
如此一来，设计师可以根据实际情况进行结构的调整和优化，确保建筑物能够承受风力的作用而不会发生倒塌或者损坏。
第二，风洞试验可以帮助设计师优化建筑结构的气动设计。
在风洞试验中，设计师可以通过调整建筑物外形和细节来改善其气动特性。
比如，通过增加流线型设计或者安装抗风设施，可以减小建筑物受到的风压力，提高其稳定性。
此外，设计师还可以通过风洞试验来评估不同方案的气动效果，找出最优方案并进行改进。
第三，风洞试验可以帮助设计师研究建筑物与周围环境的相互作用。
在现代城市中，建筑物之间的高楼林立，风的流通情况往往受到了很大的影响。
风洞试验可以模拟不同建筑物布局对风流的影响，并帮助设计师找出最佳的建筑布局方案。
同样，风洞试验也可以模拟不同建筑物布局对周围环境的影响，以此来进行城市规划和建筑设计。
除了在建筑结构设计中的应用外，风洞试验还可以应用于其他领域。
比如，风洞试验可以用于航空航天工程中的风阻测试，以提高飞机和火箭的飞行性能。
另外，风洞试验还可以用于汽车工程中的风阻测试，以改善汽车的燃油经济性。
可以说，风洞试验在现代科学技术中具有广泛而重要的应用价值。
综上所述，风洞试验在建筑结构设计中的应用不可忽视。
风洞试验
2011.10.21
7
风洞试验在现实生活中的应用
3.幕墙抗风设计的风洞试验
幕墙是建筑外围护结构或装饰性结构，由于建筑幕墙直接暴露在大 气环境中，受外部风荷载作用影响明显，所以，幕墙面板本身必须 具有足够的承载能力，避免在风荷载作用下破碎。幕墙的风洞试验 可以分为三种类型的模型： ①整体模型风压试验 ②遮阳系统的局部模型试验 ③双层幕墙试验 通过风洞试验，合理进行风荷载分区，可优化幕墙设计风荷载取值， 保证设计的安全、合理，避免产生材料浪费或安全隐患。
2011.10.21 10
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风洞试验的 发展及应用
应用气象学院 朱凯
2011.10.21
风洞的概念
所谓风洞, 所谓风洞, 是指在一个按一定要求设计的管道系统 使用动力装置驱动一股可控制的气流, 内,使用动力装置驱动一股可控制的气流, 根据运动的相 对性和相似性原理进行各种气动力试验的装置。 对性和相似性原理进行各种气动力试验的装置。简单的 风洞，就是在地面上人为的创造一个“天空” 说，风洞，就是在地面上人为的创造一个“天空”。 风洞是为了满足航空航天器研制需要而发展起来的 地面气动实验设备，同时， 地面气动实验设备，同时，航空航天器技术的发展需求 也决定了风洞建设的发展方向。 也决定了风洞建设的发展方向。风洞是保证一个国家航 空航天处于领先地位的基础研究设施。 空航天处于领先地位的基础研究设施。 风洞试验是指在风洞中飞行器或其它物体模型研究 气体流动及其与模型的相互作用， 气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或 其它物体的空气动力学特性的一种空气动力试验方法。 其它物体的空气动力学特性的一种空气动力试验方法。
风洞试验技术介绍及应用课件
风洞管道
用于产生和控制气流，通常由坚固、轻质且 耐腐蚀的材料制成。
风扇和压缩机
模型台
用于放置和固定试验模型，具备高精度和高 稳定性。
提供风洞所需的气流，具有大推力和高效率 的特点。
02
01
控制系统
调节气流参数，如速度、方向等，保证试验 的准确性和可重复性。
04
03
风洞设备的性能参数
最大气流速度
决定了风洞能模拟的最 高风速，是衡量风洞性 能的重要指标。
环境监测与评估
通过风洞试验技术监测环境质量，评估环境对人类和 生态的影响。
建筑领域应用
建筑风工程
通过风洞试验技术模拟建筑在风力作用下的动态响应和稳定性， 优化建筑设计。
建筑环境模拟
模拟建筑内部的环境条件，评估建筑环境的舒适度和能效。
古建筑保护
通过风洞试验技术评估古建筑在风力作用下的安全性，为古建筑 的保护提供依据。
评估汽车的空气动力学性能、行驶稳定性等参数， 提高汽车的安全性和舒适性。
汽车研发与改进
通过风洞试验技术对汽车进行性能测试和优化， 加速新车型的研发和改进。
环境模拟领域应用
气候模拟
模拟气候变化对环境的影响，研究气候变化的规律和 趋势。
自然灾害模拟
模拟自然灾害如风、雨、雪等对环境的影响，研究灾 害的预防和应对措施。
风洞工作原理
01
02
03
风洞结构
风洞由收缩段、实验段、 风扇和控制系统等组成， 能够产生稳定的气流供试 验使用。
气流控制
通过调节风扇转速和控制 系统，实现对气流速度、 方向和压力等参数的控制。
模型安装与测量
试验模型安装在风洞实验 段，通过测量仪器测量气 流对模型的作用力、压力 和温度等参数。
汽车环境风洞试验室的发展与应用
汽车环境风洞试验室在汽车设计和研发中的重要性体现在多个方面。通过风洞试验，汽车制造商可以模拟不同的气流条件和环境影响，例如风阻、侧风、降雪等，从而评估车辆在各种情况下的性能表现。这种模拟测试可以帮助汽车设计师和工程师优化车身外形、改进车辆气动性能，提高车辆稳定性和燃油经济性。
汽车环境风洞试验室还可以帮助制造商提前发现问题和隐患，减少产品开发周期和成本。在实际道路测试之前，通过在环境风洞试验室中模拟各种情况下的测试，可以有效地发现潜在的问题，减少在道路试验中发现问题后的修复和调整工作，从而提高生产效率和产品质量。
汽车环境风洞试验室对于汽车制造商来说是不可或缺的工具，它为汽车设计和研发提供了重要支持和保障，帮助汽车行业不断前进和创新。随着汽车技术的不断发展和提升，汽车环境风洞试验室的重要性也将逐渐凸显，为整个汽车工业的发展注入更多的活力和动力。
2.5 汽车环境风洞试验室的未来发展趋势
随着汽车工业的不断发展和技术的不断进步，汽车环境风洞试验室也将不断迎来新的发展趋势。未来，汽车环境风洞试验室将朝着以下几个方面发展：
1. 多功能化：未来的汽车环境风洞试验室不仅仅可以模拟各种复杂的气流环境，还可以同时进行声学、震动等多种仿真试验，提高试验效率和准确性。
20世纪中叶，随着计算机技术的应用，汽车环境风洞试验室逐渐开始兴起。这些试验室具有更加精密的设备和先进的数据采集系统，能够准确地模拟不同气候条件下的风场，为汽车设计和研发提供了更加准确的数据支持。
随着汽车工业的快速发展，汽车环境风洞试验室的技术也在不断更新和完善。现代汽车环境风洞试验室不仅可以模拟各种天气条件下的风场，还可以对汽车的空气动力学性能、燃油效率和舒适性等多个方面进行综合测试，为汽车制造商提供了更加全面的设计指导和改进建议。这些技术的发展推动了汽车工业的进步和创新，使得汽车在安全性能、环保性能和智能化方面都取得了巨大突破。
风洞试验方案
风洞试验方案一、背景介绍风洞试验是空气动力学领域中一种重要的试验手段，可以模拟真实的空气流动环境，对飞行器、汽车、建筑等物体的气动性能进行研究。
本文档将详细介绍风洞试验方案的设计和实施过程。
二、实验目的本次试验旨在评估某型飞行器的气动性能，具体目标如下： 1. 测量飞行器在不同风速和迎风角度下的升力和阻力； 2. 研究飞行器在不同风速和迎风角度下的气动特性； 3. 分析飞行器的稳定性和操纵性。
三、实验器材和设备1.风洞：采用自然通风式低速风洞，具备稳定的进风速度和压力控制功能。
2.测力传感器：用于测量飞行器的升力和阻力。
3.倾斜传感器：用于测量风洞中的迎风角度。
4.数据采集系统：用于采集和记录风洞试验数据。
四、实验方案1.确定实验参数：–风速范围：0~30 m/s–迎风角度范围：-10°~30°2.准备实验样品：–安装测力传感器和倾斜传感器于飞行器模型上；–保证飞行器模型的表面光滑，以减小气动阻力的影响。
3.实验准备：–打开风洞进风通道，调整通风系统使风洞内风速达到预定值；–使用校准装置校准测力传感器和倾斜传感器的零点。
4.进行实验：–设置风速和迎风角度的组合，记录传感器数据；–重复多次实验，取平均值减小误差。
5.数据分析：–绘制升力和阻力随风速和迎风角度变化的曲线；–分析飞行器的气动性能，研究其稳定性和操纵性。
五、安全注意事项1.在实验过程中，严禁将手指或其他物体伸入风洞中，以免发生意外；2.实验操作人员应佩戴防护眼镜和手套，确保人身安全；3.实验设备应进行定期检查和维护，确保其正常运行。
六、实验计划和预算1.实验计划：–设计实验方案：2天–准备实验样品：1天–进行实验：3天–数据分析与报告撰写：2天2.实验预算：–风洞试验器材和设备租赁费用：10000元–实验样品制作费用：5000元–数据采集系统购置费用：3000元–实验人员工资和杂费：15000元七、实验风险评估1.风洞试验设备可能存在故障的风险，需要定期检查和维护；2.实验样品制作可能会出现误差，影响实验结果的准确性；3.实验数据采集和分析过程中可能会出现误差，需要进行数据处理和校正。
风洞试验
什么是风洞风洞一般称之为风洞试验。
简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。
这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。
简单的说，风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。
至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处，那是历史原因造成的。
发达国家如何发展空气动力学空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。
世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视，不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。
美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中，就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。
的确，如果不先在空气动力学上获得重大突破，这个将耗资1万亿美元的超级工程，很多关键技术将无法解决。
紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中，也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。
而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。
这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。
前苏联在“十月革命”胜利后的第二年，列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院，并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长，这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。
二次大战之前，斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。
与美国相比，前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色，甚至在许多方面都领先于美国，它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。
英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家，然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截，于是两国重振旗鼓、奋起直追。
在战后第二年，法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起，组建了国家空气动力研究机构，并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心，堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。
高层建筑的风洞试验与风力设计
高层建筑的风洞试验与风力设计近年来，城市化进程加快，高层建筑越来越普遍，而在高耸入云的建筑中，风力设计显得尤为重要。
高层建筑所面临的风压和风荷载问题不容忽视，因此进行风洞试验成为了建筑设计中的重要环节。
本文将探讨高层建筑的风洞试验和风力设计的相关内容。
一、风洞试验的基本原理风洞试验是通过缩小试验对象的比例，模拟真实环境中的风场，对建筑结构在风荷载作用下的响应进行实验研究的方法。
其基本原理是利用气流产生相对于建筑物运动的模拟风场，通过监测建筑物的响应，得到不同风速、风向下的风荷载数据，从而进行风力设计。
二、风洞试验的意义1. 增强结构的安全性：风洞试验能够模拟不同的风速和风向条件，通过监测建筑结构在不同条件下的响应，可以为设计师提供准确的风荷载数据，确保结构的安全性。
2. 优化设计方案：通过风洞试验，可以在建筑结构设计初期发现问题，及时进行调整，优化结构方案，提高抗风能力和减小风载影响。
3. 减少建筑成本：通过风洞试验得到准确的风荷载数据，可以避免结构过度设计，减少不必要的浪费，降低建筑成本。
三、风洞试验的过程1. 模型制备：根据实际建筑物的比例，制作实验模型。
模型制作过程要保证模型的准确性和可靠性，以便能准确模拟实际情况。
2. 场地准备：选择风洞试验场地，确保试验过程中没有干扰和风洞效应。
3. 实验操作：在风洞中放置实验模型，通过激励系统产生风，同时记录模型的响应数据，如位移、应变等。
4. 数据处理：对实验数据进行处理和分析，得到建筑结构在不同风速、风向下的响应结果。
5. 结果评估：根据实验结果评估建筑结构的风荷载承受能力，为风力设计提供依据。
四、风力设计的要点1. 风荷载计算：根据风洞试验结果和相关规范，计算出建筑物在设计风速下的风荷载。
2. 结构设计：根据风荷载计算结果进行结构设计，确定合理的结构截面尺寸和钢筋配筋等。
3. 风振问题：对于高层建筑来说，颤振是一个重要的问题。
设计师需要通过风洞试验确定建筑物的抗颤振措施，如添加阻尼器、加固结构等。
风洞实验
确定模型对气流的相对运动和模型上的气动力随时间变化的实验，包括颤振实验、抖振实验、动稳定性实验、 操纵面嗡鸣实验、非定常压力测量等。
颤振实验颤振是飞行器在气动力、结构弹性力和惯性力相互作用下从气流中吸取能量而引起的自激振动。它 一旦发生，就很可能造成结构的破坏。进行风洞颤振试验，旨在选择对防颤振有利的结构方案（见颤振试验）。
在气流和模型作相对高速运动的条件下，测定气流沿模型绕流所引起的对模型表面气动加热的一种实验。当 飞行器飞行马赫数大于3时，必须考虑气动加热对飞行器外形、表面粗糙度和结构的影响。风洞传热实验的目的是 为飞行器防热设计提供可靠的热环境数据，实验项目包括：光滑和粗糙表面的热流实验，边界层过渡、质量注入 对热流影响的实验，台阶、缝隙、激波和边界层等分离流热流实验等。在风洞传热实验中一般略去热辐射，只考 虑对流加热，要模拟的是马赫数、雷诺数、壁温比、相对粗糙度（粗糙度与边界层位移厚度之比）、质量注入率、 自由湍流度等参数。在一般高超声速风洞、脉冲风洞、激波风洞、电弧加热器、低密度风洞和弹道靶中都能进行 传热实验，但都不能全面模拟上述参数。因此，必须对不同设备的实验数据进行综合分析。风洞传热实验的方法 有两类：一类是确定热流密度分布的热测绘技术，如在模型表面涂以相变材，通过记录等温线随时间的扩展过 程进行热测绘；又如在模型表面涂以漆和粉末磷光材料的混合物，通过记录磷光体的亮度分布转求热流密度分布 （后一方法响应快，灵敏度高）。热测绘技术可以提供丰富的气动加热资料，但精度较低。另一类是热测量技术， 利用量热计进行分散点的热测量，一般是在一维热传导的假定下通过测量温度随时间的变化率测量热流密度。在 一般高超声速风洞中常用的量热计有两种：①薄壁量热计，使用它时要求模型的壁做得很薄，以使模型在受热时， 内外表面的温度接近相等，在内表面安装温差电偶，用以测量温度随时间的变化来推算热流密度。②加登计，是R. 加登在1953年提出的，它是基于受热元件的中心和边缘之间的温度梯度和热流密度有一定的关系进行测量的。薄 壁量热计和加登计由于达到温度平衡需要较长的时间，不能用于脉冲风洞。在脉冲风洞中，可采用塞形量热计和 薄膜电阻温度计进行测量。塞形量热计是利用量热元件吸收传入其中的热量，然后测量元件的平均温度变化率再 计算表面热流密度。
建筑工程中的风洞试验技术
建筑工程中的风洞试验技术风洞试验是建筑工程中常用的一种试验方法，用于评估建筑物在不同风速下的结构稳定性和风压性能。
本文将介绍建筑工程中的风洞试验技术及其在工程设计和施工中的应用。
一、风洞试验的基本原理风洞试验是通过仿真大气环境，模拟风场对建筑物的影响，从而评估建筑结构的稳定性和风压性能。
其基本原理如下：1. 模拟大气环境：风洞试验中通过对风速、风流方向、气温、湿度等参数进行调控，使得试验环境与实际大气环境尽量接近，以准确评估建筑物的响应。
2. 模型缩尺比例：由于实际建筑物尺寸较大，对风洞试验设备提出了较高的要求。
为了满足试验条件，常常采用模型缩尺比例进行试验，例如1:100或1:200。
通过在模型上施加风压载荷，得到与实际建筑物相似的响应。
3. 测量与分析：在风洞试验中，需要测量建筑物模型在不同风速下的响应，如位移、应力、振动等参数。
通过数据分析与计算，得出建筑物结构在不同工况下的性能指标。
二、风洞试验在建筑工程中的应用1. 结构优化设计：风洞试验可用于评估不同结构方案在风荷载下的稳定性和安全性，并进行优化设计。
试验结果可以为工程师提供依据，选择合适的结构形式、构件尺寸和材料等，从而提高建筑物的风固性能。
2. 动态特性分析：建筑物在风场作用下会出现动态响应，如振动和共振现象。
风洞试验可以通过测量建筑物模型的响应频率和振动幅值，分析结构的固有频率和振动特性，为工程设计和结构计算提供参考。
3. 风压分布研究：对于高层建筑、桥梁和大型结构等，风压分布的研究十分重要。
通过风洞试验，可以测量建筑物表面的风压分布情况，评估不同部位的风荷载大小，并确定结构的最大风荷载，保证建筑物在恶劣天气下的安全运行。
4. 空气动力性能评估：风洞试验可以评估建筑物的空气动力性能，如气动阻尼、风速增益等指标。
通过对建筑物不同部位的风洞试验，可以定量分析空气流动的规律和特性，并改进建筑物的气动设计。
三、风洞试验的优势与不足风洞试验作为一种建筑工程试验方法，具有以下优势：1. 可模拟多种复杂工况：风洞试验可以模拟不同风速、风向、气温和湿度等多种复杂工况，对建筑物结构的性能进行准确评估。
风洞试验——精选推荐
风洞试验《桥梁风⼯程》之——风洞试验技术主要内容简介第⼀章风洞试验的理论基础——相似性（概述、相似性基本要求、⽆量纲参数的来源、基本缩尺考虑）1.1 概述理论流体⼒学——物理实验——数值模拟（风⼯程研究的“三⼤⼿段”）；桥梁、建筑结构在结构设计⽅⾯，只要求结构在风荷载作⽤下具有⾜够的强度、刚度和稳定性即可，即确保桥梁结构、建筑结构的安全性、舒适性和耐久性即可；（这区别于航空器的设计——⼒求其周围运动空⽓对其的阻⼒最⼩），主要关注绕尖⾓的流动和分离流动，因此，称为“钝体空⽓动⼒学”。
个别建筑、桥梁已开展了实际结构的实测。
Fig.1 Research methods of Wind Engineering of Bluff Body1932年，Flachsbart O.“建筑物⽓动特性的模拟应当在具有与⾃然风相似的风洞⽓流中进⾏”。
⼏何缩尺——经济性和⽅便性由于缩尺⼏何引出了物理相似的⼀系列问题，相似性准则是风洞试验的理论基础。
应该说明的是，由于模型的⼏何缩尺，导致部分物理现象不能准确反映，如雷诺数效应。
因此，在实际设计模型试验时，需要进⾏⼀系列权衡，确保主要问题能模拟即可。
（科学与艺术结合！）1.2 模型相似性在分析⼀切物理问题，特别是需要通过实验进⾏研究的问题时，通常需要确定⼀组⽆量纲的控制参数。
该组⽆量纲参数通常是根据描述所研究物理系统的偏微分⽅程得到的，⽤⼀个具有对应量纲的参考值遍除所有关键变量，使之⽆量纲化，于是得到⼤量的⽆量纲组合参数，它们就是控制系统的物理特性的因⼦。
如果这些控制参数组从⼀种情况（原型物）到另⼀种情况（模型）保持不变，则⾃然保证了相似性。
具体风洞试验相似性⽆量纲参数推导见下。
假设⼀个物体浸在流动的流体中，在物体上某处形成的作⽤⼒F 只是下列六个参数的函数：即密度ρ、流速V 、某个特征尺⼨D 、某个频率n 、流体粘性系数µ和重⼒加速度g 。
即ξεδγβαµρg n D V F d= (1)式中：ξεδγβα,,,,,为待定指数。
高层建筑风洞试验
在风洞中，可以模拟各种风速、 风向、湍流度等自然风条件，以 评估高层建筑在各种风环境下的 性能表现。
风洞试验的原理
风洞试验基于流体动力学原理，通过 人工产生和控制气流来模拟实际风环 境。
在风洞中，高层建筑模型可以放置在 测试段，接受气流的作用力，并测量 相关参数如压力、力矩等。
风洞试验的重要性
风洞试验的成果主要包括数据记录和可视化 图像。通过分析试验数据，可以得出高层建 筑在不同风环境下的性能表现。
可视化图像可以直观地展示高层建筑表面的 压力分布、涡旋脱落等现象，有助于理解建 筑的空气动力学特性。
评估风洞试验的成果是高层建筑设计的关键 环节。根据试验结果，可以对高层建筑的设 计方案进行评估和优化，确保建筑的稳定性 和安全性。
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风洞试验在高层建筑结构优化中的作用
风洞试验在高层建筑结构优化中发挥着重要作用。通过模拟 不同风速、风向对建筑结构的影响，可以发现潜在的结构问 题，评估结构的稳定性和安全性。
基于风洞试验结果，可以对高层建筑的结构设计进行优化， 改进结构布局、加强关键部位，提高结构的抗风能力和整体 稳定性。
风洞试验的成果展示与评估
结构复杂
高层建筑的结构设计通常较为复杂，以满足 强度、刚度和稳定性等要求。
功能多样
高层建筑通常集办公、居住、商业等功能于 一体，对内部环境和设备要求较高。
高层建筑风洞试验的挑战
01
02
03
模型比例
由于高层建筑的高度较大 ，风洞试验时需要制作较 大比例的模型，对试验设 备和条件要求较高。
模拟精度
高层建筑受到的风力影响 较为复杂，需要高精度的 模拟手段来确保试验结果 的准确性。
05
中学风洞实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着我国经济的快速发展，高层建筑、桥梁等大型结构物越来越多地出现在城市中。
这些结构物的设计、建造和使用过程中，风荷载的作用不容忽视。
为了更好地理解和预测风荷载对结构的影响，本研究开展了中风洞实验，旨在研究风场对高层建筑结构的影响，为结构设计提供理论依据。
二、实验目的1. 研究风场对高层建筑结构的影响，包括风荷载大小、方向、频率等。
2. 分析不同风向、不同高度、不同体型结构的风荷载特性。
3. 评估现有风荷载计算方法的适用性，提出改进建议。
三、实验方法1. 实验模型：采用1:200比例的模型，模拟实际高层建筑结构。
2. 风洞实验：在实验室风洞中进行，模拟不同风向、不同风速条件下的风荷载。
3. 测试仪器：采用压力传感器、风速仪、风向仪等设备，测量风荷载、风速、风向等参数。
四、实验过程1. 模型准备：将模型放置在风洞实验台上，确保模型稳定。
2. 风场模拟：设置不同风向、不同风速条件，模拟实际风场。
3. 数据采集：启动测试仪器，记录风荷载、风速、风向等参数。
4. 数据分析：对采集到的数据进行处理、分析，得出结论。
五、实验结果与分析1. 风荷载特性：实验结果表明，风荷载大小与风速、风向、建筑体型等因素有关。
在顺风向，风荷载较大；在横风向，风荷载较小。
建筑体型对风荷载影响较大，高宽比、长宽比等参数对风荷载有显著影响。
2. 风荷载计算方法：通过对比实验结果与现有风荷载计算方法，发现现有方法在部分情况下存在误差。
针对不同建筑体型，提出改进建议，以提高计算精度。
3. 风洞实验优点：风洞实验能较好地模拟实际风场，为结构设计提供可靠依据。
实验过程中，可以精确控制实验条件，提高实验结果的准确性。
六、结论与建议1. 风荷载对高层建筑结构有显著影响，设计中应充分考虑风荷载的作用。
2. 针对不同建筑体型，采用合适的计算方法，以提高风荷载计算精度。
3. 风洞实验是研究风荷载的有效手段，建议在结构设计中广泛应用。
风洞试验原理
风洞试验原理风洞试验是一种用来模拟大气环境中风的流动状况的实验方法，它在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用。
通过风洞试验，可以获取空气流动的速度、压力、温度等参数，从而为设计和改进各种物体提供重要的数据支持。
本文将介绍风洞试验的基本原理。
风洞试验的基本原理是利用风洞设备模拟真实大气环境中的风场，通过对被测物体在风洞中进行观测和测试，来分析其在风场中的运动状态和受力情况。
风洞试验的基本原理包括以下几个方面：首先，风洞试验需要模拟真实大气环境中的风场。
为了实现这一点，风洞设备通常会采用风机来产生气流，通过管道将气流引入试验段，形成可控的风场。
在风洞试验中，可以通过调节风机的转速和风道的结构，来模拟不同的风速和风向，以满足不同的试验需求。
其次，风洞试验需要对被测物体进行观测和测试。
被测物体通常被放置在风洞试验段中，通过测量其受到的风压、风速等参数，来分析其在风场中的运动状态和受力情况。
同时，还可以通过对被测物体表面贴附压力传感器、应变片等传感器，来获取更加详细的数据。
最后，风洞试验需要对试验数据进行分析和处理。
通过对试验数据的处理，可以得到被测物体在风场中的流动特性、受力情况等信息。
同时，还可以通过数值模拟等方法，对试验结果进行验证和分析，从而为设计和改进提供重要的参考。
总的来说，风洞试验的基本原理是通过模拟真实大气环境中的风场，对被测物体进行观测和测试，从而获取其在风场中的运动状态和受力情况。
通过对试验数据的分析和处理，可以为设计和改进提供重要的数据支持。
风洞试验在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用前景，相信随着科技的不断发展，风洞试验会在未来发挥更加重要的作用。
风洞试验技术介绍及应用课件
建筑领域
建筑风工程研究
风洞试验在建筑领域主要用于研究建筑物的风工程性能， 如风压、风载等。通过风洞试验，可以评估建筑物的抗风 能力，为建筑设计提供依据。
建筑结构优化
风洞试验可以帮助优化建筑物的结构设计，通过改进建筑 物的抗风性能，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
城市规划与环境影响评估
风洞试验可以模拟建筑物和城市规划对周围环境的影响， 用于评估城市规划方案的环境影响和安全性。
动态相似
在风洞试验中，需要保证模型上的气流速度与真 实世界中的气流速度成比例关系，以便实现动态 相似。
雷诺数相似
雷诺数是一个描述流体流动状态的参数，风洞试 验中需要保证模型与真实物体在雷诺数上相似。
03 风洞试验技术分 类
低速风洞
主要用于模拟大气边界层内的流动现象。
低速风洞主要用于模拟大气边界层内的流动现象，如飞机、汽车等地面交通工具 的空气动力学性能测试。由于低速气流中不存在音障，因此低速风洞的试验速度 较低，通常在亚音速范围内。
环境工程领域
气象与气候研究
环境工程设计
灾害预警与防控
风洞试验在环境工程领域可用 于研究气象和气候变化对环境 的影响。通过模拟不同气候条 件下的气流运动，可以研究气 候变化对环境的影响和预测未 来气候变化趋势。
风洞试验可以为环境工程设计 提供依据，如风电场选址、环 保设施布局等。通过模拟气流 运动和环境因素，可以评估设 计方案的有效性和可行性。
现代发展
随着科技的不断进步，风洞试验技术也在不断改 进和完善，应用领域也更加广泛。
风洞试验技术的应用领域
航空航天
风洞试验技术在航空航天领域 的应用最为广泛，主要用于飞 行器的空气动力学性能测试。
汽车工业
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)
风洞试验在土木工程中的应用
风洞试验在土木工程中的应用风洞是模拟大气风场的实验设备，通过控制风速、风向和气动特性等参数，可以对建筑物、桥梁、风力发电设备等土木工程结构在风场中的受力和运行特性进行研究。
风洞试验作为土木工程领域重要的实验手段之一，对于提高工程设计的可靠性和安全性具有重要价值。
本文将介绍风洞试验在土木工程中的应用及其重要性。
一、风洞试验在建筑设计中的应用在建筑设计中，风洞试验被广泛应用于高层建筑、长跨度结构、特殊形状建筑等各种类型的建筑物。
通过风洞试验可以模拟真实风场中的风压和风载荷，评估建筑物受力性能、结构稳定性和空气动力特性等重要参数。
通过风洞试验，可以对建筑物的整体结构进行优化设计，以提高抗风能力、减少结构的共振和振动，保证建筑物的安全性。
二、风洞试验在桥梁设计中的应用桥梁是土木工程中重要的结构之一，其受风影响较大。
通过风洞试验可以模拟各种风速、风向和风压条件下桥梁的受力状况，评估桥梁的抗风性能和结构的稳定性。
风洞试验可以帮助设计人员改善桥梁的气动特性，减小风荷载对桥梁的影响，确保桥梁在复杂气候条件下的安全运行。
三、风洞试验在风力发电设备设计中的应用风力发电设备是近年来发展迅猛的新兴能源设备，其设计和运行可靠性对于提高发电效率和减少损耗非常重要。
通过风洞试验可以模拟不同风速和风向条件下风力发电设备的受力情况，研究其动态响应和结构稳定性。
风洞试验可以评估风力发电设备在极端气候条件下的安全性和可靠性，并提供有关风电叶片形状、塔架设计以及风场布置的优化建议。
四、风洞试验的重要性风洞试验作为土木工程领域重要的实验方法之一，具有不可替代的作用。
通过风洞试验，可以模拟真实的风场情况，探究工程结构在复杂气候条件下的受力和运行特性，为土木工程设计提供重要的依据。
风洞试验可以帮助设计人员发现和解决潜在的结构问题，提高工程结构的稳定性和安全性，减少工程事故的风险。
总之，风洞试验在土木工程中的应用广泛，并且具有重要的意义。
通过风洞试验，可以模拟复杂的环境条件，评估工程结构的受力性能和气动特性，提高工程设计的可靠性和安全性。
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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
ZD-1风洞精密仪器介绍
电子压力扫描阀
品牌：SCANIVALVE 出产地：美国 量程： ± 2500Pa 精度： ± 0.15％F.S. 采样频率：625Hz 模块数：8 同步测压数：512通道 购置时间：2010.9
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
宁波中国港口博物馆
绍兴东方山水图
刚性模型测力试验
目的：获得建筑、桥梁等整体和局部风荷载和动态气动力
方法：利用测力天平测出作用在整体结构上的气动合力（系数）或者作用 在结构不同节段上的气动力（系数） 对象：刚性不变形的全模型或节段模型 测试内容：
度，顺风向功率谱常采用Karman谱
nSu (n)
2 u
4n* 1 70.8n*2
5/6
湍流积分尺度：描述气流中各种旋涡沿某一方向的平均尺度，顺风向湍流积分尺度介于
100～300m，随高度增大而增大
Lx
100
Z 30
0.5
大气边界层流场模拟
大气边界层流场的被动模拟技术
方法： 均匀流场
格栅紊流场 大气边界层流场
刚性不变体 压力传感器系统 表面风压
气动刚性模型测压试验
相似准则：
几何相似 一般无需模拟结构的刚度、质量和动力特性等 对于紊流场试验
时间和频率的相似 脉动风特性：紊流度、功率谱和紊流积分尺度 对于大开孔脉动内压试验 结构刚度和气动刚度的相似
气动刚性模型测压试验
主要特色： 试验断面大、风速高、流场品质好； 应用范围广:涵盖建筑、桥梁、交通、工业空气动力学、航空航天领域； 配有全国领先的移测架，能实现风速实时移测。
二、风洞测试技术
风速测试技术 风压测试技术 风力测试技术
风速测量技术
皮托静压管（Pitot-static tube）
对于低速（即风速不超过0.3倍音速， 约100m/s）、不可压缩的流动，沿某一流 线作稳定流动的不可压缩无粘性气流应满 足下述伯努力方程：
气动刚性模型测压试验
风向角：
范围：0～360度 间隔：10～15度，局部可加密
采样频率：
尽可能高 上限受压力扫描阀系统性能的限制
采样时间：
以样本原型时间长度不少于10min为宜 根据时间比计算模型所需的样本长度
ZD-1风洞典型工程测压试验
昆明宜良体育场
港丽商务综合楼
ZD-1风洞典型工程测压试验
方法：利用测振设备测试风荷载作用下气动弹性结构的振动响应
对象：气动弹性模型 测试内容：
动应变 <- 动态应变仪 动位移 <- 激光计 加速度 <- 加速度计
ZD-1风洞典型工程测振试验
同塔四回路输电铁塔
ZD-1风洞典型工程测振试验
1800t柔性腿吊机
ZD-1风洞典型工程测振试验
复合屋面板单元测振试验
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
力的缩尺比 结构质量、质量惯性矩缩尺比
大气边界层流场模拟
大气边界层风特性
平均风剖面：描述平均风速沿高度的变化规律，常用指数率
Vz Vr
Z Zr
紊流度剖面：描述相对紊流强度沿高度的变化规律
Iu
I10
Z 10
功率谱：描述紊流运动强度随频率的分布情况，即不同尺度旋涡的运动对风速脉动的贡献程
2014年创新实验指南
项目一：高层建筑风荷载干扰效应的测压试验研究（工程型）
1. 背景资料：
<<建筑结构荷载规范（GB 20009-2012）>>8.3.2规定:
当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应;一般可 单独建筑物的体型系数μs 乘以相互干扰系数。相互干扰系数可按下列规定确定: 1)对矩形平面高层建筑，当单个施扰建筑与受扰建筑高度相近时，根据施扰建筑的位置，对顺风向风荷载可 在1.00－1.10 范围内选取，对横风向风荷载可在1.00-1.20 范围内选取; 2)其他情况可比照类似条件的风洞试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。
微压差变送器
风压测量技术
电子压力扫描阀
原理： 利用多通道的传感器（ZOC）进行多点压力
的测量和数据采集，并利用数模转换系统（DSM 或DSA模块）和微处理器对数据进行处理。 工作方式：
多通道模块高速扫描，模块间相同通道同步 采集。 用途：
主要用于同步测定多点高频动态风压。
工作原理图
主机
模块
参考教材
黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用(第 二版)[M].上海： 同济大学出版社, 2008.
[日]风洞实验指南研究委员会.建筑风洞实验 指南[M].孙瑛,武岳，曹正罡译.北京：中国建 筑工业出版社，2011.
埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦. 风对结构的作 用—风工程导论[M].刘尚培，项海帆，谢霁 明译.上海：同济大学出版社,1992.
u(t) = A+ B×ΔP^0.5
能测定任意方向来流风速，成本不高
风压测量技术
微压计
原理：以流体静压力基本方程为基础 ,根据液柱受压时液柱高度发生变化 来度量空气压力的大小
用途：主要用来测定静态风压和风速的监测
倾斜式微压计
补偿式微压计
风压测量技术
微压差变送器
原理：将两个压力引入一张膜片（膜盒）的两边，由于两个压力差 （差压）引起膜片产生位移或位移的趋势（力），然后将这种位移 量或作用力，转化为电量或其它标准信号输出。 用途：主要用来风速闭环控制以及测定高频风压
气动刚性模型测压试验
测点布置原则：
原型结构每120m2表面内不少于1个测压点 根据建筑物表面不均匀布置
需要加密的部位：风压急剧变化的区域 可适当降低测点布置密度的部位：面积较大平缓的区域 内外或上下两面均暴露受风的构筑物需双面布点
试验风速选择：
压力传感器的量程和灵敏度 模型的刚度、强度和安装情况 风洞的试验风速范围
风压测量系统示意图
气动刚性模型测压试验
模型制作原则：
几何相似 严格模拟被测建筑主体结构的外形 需要模拟以主建筑为中心300～500m半径范围内的周边环境
几何缩尺比的确定 堵塞率＝模型顺风向投影面积/风洞试验段截面积≤5% 主建筑内部空间和扫描阀模块的尺寸数量 适度考虑紊流积分尺度的相似性
模型材料：有机玻璃、塑料、木材等，保证试验过程中不发生显著振动 雷诺数效应对策：对于光滑曲面部分，需要进行适当的表面粗糙化处理
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)
中国建科院直流式边界层风洞
长安大学回流式边界层风洞
ZD-1边界层风洞－简介
第一基本缩尺比：几何缩尺比
风洞的尺寸
结构的尺寸
风洞堵塞度＝模型顺风向投影面积/风洞试验段截面积≤6%
模型制作的精度和难度
湍流积分尺度
第二基本缩尺比：风速比
风洞的最大风速 考虑重力影响
设计风速 结构承受的最大风力
第三基本缩尺比：密度比＝1
相似理论
导出缩尺比
时间、频率缩尺比 位移、加速度缩尺比 弹性模量、刚度缩尺比