国内几个大型风洞实验室资料复习课程
大型风洞PIV试验的关键技术
计算机测量与控制．２０２２．３０（１） 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 ·２７３ ·收稿日期：２０２１０６０７； 修回日期：２０２１０７２０。
作者简介：岳廷瑞（１９８３），男，四川南部县人，硕士，工程师，主要从事风洞测控技术及ＰＩＶ试验技术方向研究。
通讯作者：李付华（１９８３），男，四川筠连县人，硕士，工程师，主要从事风洞应变天平方向的研究。
引用格式：岳廷瑞，李付华，张 鑫，等．大型风洞ＰＩＶ试验的关键技术［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２２，３０（１）：２７３２８１．文章编号：１６７１４５９８（２０２２）０１０２７３０９ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２２．０１．０４２ 中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ大型风洞犘犐犞试验的关键技术岳廷瑞，李付华，张 鑫，覃 晨，张 逊，肖亚琴（中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳 ６２１０００）摘要：从粒子产生及投放技术、图像拼接技术、反光处理技术、时序调整技术、设备标定技术五个方面深入探讨了大型风洞ＰＩＶ试验的关键问题及处理方法；提出了在大型风洞试验中开展粒子投放，应选择经济实用的材料，研制足量可控且可持续供应的粒子发生装置，同时要在适当的位置进行投放；在进行大视场图像拼接时，应选择先分别计算再进行速度场结果进行拼接的方法，并在图像采集前做拼接标定，以获得拼接参数；在反光处理时，应根据实际情况选择最佳的反光处理方法，如选择移动相机的方法，应在图像处理时进行变形修正；在大型风洞中，应掌握快速高效的时序调整及设备标定方法，提高试验效率。
关键词：ＰＩＶ；关键技术；大型风洞犓犲狔犜犲犮犺狀狅犾狅犵犻犲狊狅犳犘犐犞犜犲狊狋犻狀犔犪狉犵犲犠犻狀犱犜狌狀狀犲犾ＹＵＥＴｉｎｇｒｕｉ，ＬＩＦｕｈｕａ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＱＩＮＣｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｎ，ＸＩＡＯＹａｑｉｎ（ＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐａｒｔｉｃａｌｉｍａｇｅｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（ＰＩＶ）ｔｅｓｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｆｒｏｍｆｉｖｅａｓｐｅｃｔｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｌｉｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｍａｇｅｍｏｓａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏ ｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｉｍｉｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｌａｕｎｃｈｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｅｌｅｃｔｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌａ ｂｌｅａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｓｕｐｐｌｙｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄｌａｕｎｃｈｐａｒｔｉｃｌｅｓａｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ；Ａｓｓｔｉｔｃｈｉｎｇｌａｒｇｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｍａｇｅｓ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｃｈｏｏｓｅｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｎｄｔｈｅｎｓｔｉｔｃｈｉｎｇｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｄｏｓｔｉｔｃｈｉｎｇｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｔｏｏｂｔａｉｎｓｔｉｔｃｈｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｉｎｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｅｓｔｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｖｉｎｇｃａｍｅｒａｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｉｎｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍａｓｔｅｒｆａｓｔａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｉｍｉｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｅｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐａｒｔｉｃａｌｉｍａｇｅｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（ＰＩＶ）；ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ０ 引言粒子图像测速（ＰＩＶ）技术自２０世纪８０年代问世以来，经过近４０年的技术发展，在硬件设备、系统集成和软件算法上取得了大量重要的进步，其成熟的测量技术被国内外研究人员广泛认可并应用到以流体力学为代表的大量研究领域。
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。
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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。
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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
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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。
解密河北首家风洞实验室
■1871年世界上出现了第一个低速风洞———一个两端开口的风箱，风箱长米，截面为边长厘米的正方形普朗特风洞。
■1934年，清华大学航空工程系自行设计了我国第一个中型低速风洞。
■20世纪60年代，我国低速风洞的建设和使用初具规模。
■国内真正开始建造专门用于建筑和桥梁结构试验的风洞始于上世纪90年代。
刘庆宽告诉记者，7月9日下午，根据地貌类别的相关参数指标，他们一直通过调整尖劈的角度和粗糙元的摆放规律，来着力模拟目标风环境。傍晚时分，终于得到了十分理想的结果。
“两个成人站在这儿，可以被吹得飘在空中”
上午近10时，一切准备就绪，就要开始进行试验了。刘庆宽、魏庆鼎教授再次进入风洞中，仔细查验每个细节。
■1997年12月21日，亚洲最大的跨声速风洞在中国空气动力研究与发展中心建成。它标志着我国拥有了世界级高速风洞，跨声速空气动力研究试验能力跨入了世界先进行列。
■2005年9月，我国自行设计建造的国内第一座大型立式风洞在空气动力研究基地建成并通气试车成功，是目前亚洲最大的立式风洞，其各项指标均达到世界先进水平。
解密河北首家风洞实验室"呼风唤雨"考验重大工程
（2009-07-14 08:46:31）
稿件来源：河北日报
■核心提示
要风得风，最大风速可达80米/秒，是12级风速的两倍多；
要雨得雨，可模拟从小雨到大暴雨的各级降雨……
有这等“呼风唤雨”本事的是石家庄铁道学院于近日建成的我省首家风洞实验室。
7月10日，风洞实验室正在进行福建某热电厂煤棚的风洞试验，记者得以了解那“神奇”背后的力量。
据了解，在人类遭受的各种自然灾害中，风灾给人类造成的经济损失超过其它自然灾害的总和，而我国是世界上风灾最严重的国家之一。
亚洲最大的航空风洞试验中心与汽车风洞介绍
亚洲最大的航空风洞试验中心与汽车风洞介绍描述：绵阳风洞群中的2.4米跨声速风洞巨大的圆形导流孔，高度超过两层楼。
/ 转自新浪博客：绵阳风洞群——亚洲最大的航空风洞试验中心航空风洞（wind tunnel）是研制各种飞机导弹、宇宙飞船等航空航天器的必备设施，通过人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象来研究航天器的气动特性，它是进行空气动力实验最有效的工具。
按气流速度分，风洞有亚音速风洞和超音速风洞两类。
小型风洞采用高速风扇提供风力，其风速都在每小时1200千米之内。
而中型与大型风洞采用事先储存的气体在短暂的几秒，甚至几毫秒中释放，形成威力巨大的冲击风力。
测试的对象越是先进高级，其检测的难度越大，风洞的规模也越大。
例如美国和俄罗斯，他们的风洞内可放进整架飞机，不像其他国家的中小型风洞只能蚂蚁啃骨头似地以零代整分别测试。
美国为了检测当前最昂贵的F一22隐形战斗机的特殊的菱形机身，动用了22种不同的风洞检测，得出机身表面每平方米的阻力系数仅为0．034。
而美国的航天飞机“哥伦比亚号”反反复复做各种不同的风洞俭测达3万多小时，点点滴滴丝毫无误，确保了其飞行的安全与正常运转。
然而建立一个大型风洞耗资非常巨大，美国在1968年建设的一个大型风洞，就耗费了5.5亿美元巨资，风洞是高科技设施，施工难度大，例如2．4米超音速风洞，仅在基础施工中便需浇注8000多吨水泥，打进地下的水泥柱多达700多个，最粗的达33米，其安装设备的难度也非常之高。
风洞检测除了应用于航空、航天器之外，在国民经济其他领域里也同样大显身手。
例如用于各种材料的抗压抗热试验，汽车、高速列车、船只的空气阻力、耐热与抗压试验等等。
位于四川省绵阳市安县的中国空气动力研究与发展中心是我国最大的空气动力学研究、试验机构。
主要运用风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段，广泛开展空气动力学、飞行力学和风工程诸领域的研究工作。
4_风洞试验
4.2.1、试验风洞
➢结构抗风研究风洞：低速大气边界层风洞，其气流的马赫数 Ma≤0.4，忽略空气压缩。另外，实验段较长，可在实验段中加 设必要的装置模拟出地表风速。 ➢风洞有回流式风洞和直流式风洞两种。和回流式风洞相比， 直流式风洞占地小，造价低，但噪声大，实验段风速的品质会 受到风洞进、出口处外界大气的干扰以及实验段的压强低于洞 外大气压强等。
➢外墙表面：286个； ➢屋面上下表面：267个； ➢东西排柱上：40个； ➢建筑物内部：15个。
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第四十九页，编辑于星期二：九点 分。
测点层/区序号 A测点层 B测点层 C测点层 D测点层 Da测点层 E测点层 F测点区 G测点区 H测点区 DH测点区 I测点区 DI测点区 J测点区 K测点区 DK测点区 2N0测21/点11/区30
液柱式压强计因体积大、反应慢、易受环境条件 影响等缺点，其应用已逐渐减少。代之以体积小、反 应快、数据量可直接采集和处理的测压传感器。
（a）应变式：测压范围广，结构简单，线性度好， 性能稳定。但灵敏度低。
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第二十二页，编辑于星期二：九点 分。
（b）压阻式：压阻效应。圆形硅膜片上采用集成电 路工艺制造了4个等值电阻，组成平衡电桥。
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第十一页，编辑于星期二：九点 分。
汕头大学风洞实验室
➢1996 年 11 月，风洞主试验段宽 3 米 ×高 2 米 × 长 20 米 ，最高风速达 45 米 / 秒。
长安大学风洞实验室
➢建筑面积1600余平方米，投资约1200万元，于 2004年7月建成。风洞为回、直流两用构造型式，试 验段宽3.0 m×高2.5m ×长15.0 m 。
➢风洞大试验段入口截面宽6.0m ×高3.6m ×长 50m ，最大风速25m/s，主要用作风环境试验和桥 梁模型试验。
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。
国内几个大型风洞实验室资料
1）石家庄铁道大学风洞实验室参数2）湖南大学风洞实验室湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型边界层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2，建筑面积3200 m2。
该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型边界层风洞，其试验速度相对较高的试验段(高速试验段)长17 m，模型试验区横截面宽3 m、高2.5 m，试验段风速0～60 m /s连续可调。
高速试验段有前后两个转盘，前转盘位置可模拟均匀流风场，通过在该试验段一定范围内布置边界层发生器，在后转盘位置可进行与边界层有关的桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验。
试验速度相对较低的试验段(低速试验段)长15 m、模型试验区横截面宽5.5 m、高4.4 m，最大风速不小于16 m /s，可进行长大桥梁全桥模型抗风试验研究。
3）大连理工大学风洞实验室介绍大连理工大学风洞实验室（DUT-1）建成于2006年4月，是一座全钢结构单回流闭口式边界层风洞，采用全自动化的测量控制系统。
风洞气动轮廓长43.8 m，宽13.1 m，最大高度为6.18m；试验段长18m，横断面宽3m，高2.5m，空风洞最大设计风速50m/s，适用于桥梁与建筑结构等抗风试验研究。
4）中国建筑科学研究院实验室介绍风洞试验室建筑面积4665平米,拥有目前国内建筑工程规模最大、设备最先进的下吹式双试验段边界层风洞，风洞全长96.5m，高速试验段尺寸为4m×3m×22m(宽×高×长)，最高风速30m/s；低速段尺寸为6m×3.5m×21m，最高风速18m/s。
拥有1280点同步电子扫描阀、多点激光测振仪、高频天平等先进的测试设备，可进行结构抗风和风环境的风洞试验、CFD数值模拟、风振分析等研究和咨询工作。
风洞采用先进的交流变频调速系统，试验段转盘和移测架均由微机控制，自动化程度较高。
风洞压力测量系统包含美国Scanivalve公司的3台DSM主机和20个压力扫描阀，能够实现1280点的压力同步测量，可满足海量测点压力测试的要求。
第二讲流体力学实验设备-风洞
马赫数：M V
低速风洞中主要满足Re数相等。 超音速风洞中主要满足马赫数相等。 亚音速或跨音速风洞中很难兼顾，达不到所需Re 数。
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a
风洞壁的干扰（边界干扰），模型支架的干扰，实 验段气流特性和实际流场的差异等 实验数据需要进行修正。
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实验模型的安装支架
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5. 风洞的分类 （1）按风洞实验段中气流速度V的大小来分 低速风洞：气流速度V<100m/s，马赫数M<0.3，分为回 流式和直流式，不考虑压缩性的影响，最常见的风洞。 高亚音速风洞： 马赫数0.3<M<0.8，外形与低速风动相 似，风扇驱动功率较大，一般为两级以上的轴流式风 扇，回流管道中需装冷却器或换气系统。 跨音速风洞：马赫数0.8<M<1.5，工作段双层结构，内 外层间称为驻室（压力可调）。内层壁面开有孔或槽， 消除模型激波反射现象和低超音速时的模型壅塞。
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汽车全尺寸风洞
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实验段气流品质的要求： 气流稳定性 风速的相对变化来表示：
V V V 0.25% V V
动压的相对变化来表示：
qq 0.5% q
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断面速度分布均匀性 截面上各点的气流速度与该截面气流平均速度的均 方根偏差满足：
1 n Vi V 2 V ( ) 0.25% n 1 i 1 V
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维托辛斯曲线：
R R0 x 2 2 ) ] R0 2 x0 1 [1 ( ) ] R1 [1 1 ( x ) 2 ]3 3 x0 [1 (
R1 R R0 x x0
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实验段：安装模型进行实验的工作段，气流速度最 大最均匀的一段（截面积最小），实验段的截面形状 有圆形、方形、长方形、八角形等。 开口实验段：模型安装方便，观测容易。气流的能 量损失大，气流品质较差。实验段长度为1~1.5R0。 闭口实验段：装有透明观察窗，气流均匀区域大， 能量损失小。模型装卸不方便。实验段长度为 2~2.5R0。 实验段的气流特性是设计风洞、评价风洞性能的主 要指标之一。
第四章 风洞介绍
风洞流动显示
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.1 风洞是什么
• 风洞的作用 —流动显示 流动显示
风洞流动显示
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.1 风洞是什么
• 中国的风洞 —中国最大的风洞群在绵阳空气动力研究与发 中国最大的风洞群在绵阳空气动力研究与发 展中心。 展中心。
亚音速
跨音速
超音速
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.2 风洞是如何工作的
• 一般情况下，空气动力学气动参数都可以根据 一般情况下，空气动力学气动参数都可以根据 气动参数 Re和Ma及迎角确定。进行实验时， Re和Ma及迎角确定。进行实验时，只要这两个 参数相同，就认为流动是一样 流动是一样的 参数相同，就认为流动是一样的。
• 所以人们想起在管道里面给飞机吹风，因为飞 所以人们想起在管道里面给飞机吹风， 机是静止的，所以测量其空气动力非常方便。 机是静止的，所以测量其空气动力非常方便。
• 用来实验的吹风管道：风洞。 用来实验的吹风管道：风洞。
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.1 风洞是什么
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.1 风洞是什么
• 高速风洞
2010年 飞行器工程学院 飞行器设计与工程系 刘勇 2010年8月
4.1 风洞是什么
• 超音速风洞 —风速很大，Ma>1.2。 风速很大， 风速很大 Ma>1.2。 —试验段面积很小，0.6m×0.5m。 试验段面积很小， 试验段面积很小 0.6m×0.5m。
风洞的构成及种类
风洞的组成及种类风洞（wind tunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用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。
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。
历史实验段气流速度在130米/秒以下(马赫数≤0.4)的风洞。
世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆(E.Mariotte)于1869～1871年建成，并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。
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×40～56.3千米/小时。
1901年莱特兄弟又建造了风速12米/秒的风洞，从而发明了世界上第一架飞机。
风洞的大量出现是在20世纪中叶。
到目前为止，中国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
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不同。
洞体它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。
国内几个大型风洞实验室资料
1）石家庄铁道大学风洞实验室参数\\中帝冃吉1尺串飙说監目问国沁界总阳lb苴柱啦2昭卜口定* n伞£氏勺7点才斗斗米八翘咏'氐理咏・蚤杓!谑K汙如.供砖，高洼跑澹益誹，（02* "喲.ct米"呈士同淳丈于E 咏起.■!缸壬殺Hi贬剃tt就！!界层瓦坯锻抹准，高i±常吐段违域曲越工ilkh羽才学Riffl帕°她罐艮內配善有三址誓IW黑潮，虑诛诫总段內逋芒削嗟対“址般劫・=0哇尊收貝拱遞弋需戎烦的i!»區-跆4- —時拉沿桃色可L■綁”冊啊M加如顾亂订2斗」氐和議1. b财■散吐1趴JIHM世二iildi职刖中进11的慣也花氐还晟社扫高逐圉花卑护弟一捞便宝T中闷畝齐I的皆睛融図而*阪*可脚剛从L帀珈：显面^各広币曲W7B・协荷r-t-i配面丟郵，讪心y可fl傀刊晦调・岡7恬」亚TW0.nl TI“ mu “窗询，层词（TJ可iiWJ澤乐至少叮兰可的百槨和左求啄•棉于需孔谓观召・盅养进行的试尝頂目一、桥嘶凤常監：1、节段鰹型测振r测力诃验；2、桥塔气弹棋型JM振诃脸；久溜隹素凤雨抿试验；4＞部分大跨桥全桥气弾損型试验等口二、宦疏结构抗図悄验：1，高层*高耸结构根型测压、测力、測拆恒验；H大肾屋茴浚特伸结枸按型測压、況报礎；3、建疏群体风干扰履侃环境模型试验等=三、地面交逋工具至气动力学试验：1＞列车擂凤试验硏究：2、高速列车空气动力学複整试验；3. 汽车空％动力学模型试验；乐荷理住歸及桥梁行车安全性诃粒四、M t&PJ用艮工业空吒动力学试验：1.侃力机叶阳气动优昵试脸;邑闻场迤址履同也诜裔抗凤设计试验：3、站场及防风网设计诃髓：4. 工业产品与设备的抗凤性能试验口2）湖南大学风洞实验室湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型边界层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2,建筑面积3200 m2。
该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型边界层风洞，其试验速度相对较高的试验段（高速试验段）长17 m,模型试验区横截面宽3 m、高m,试验段风速0〜60 m /s 连续可调。
现代汽车风洞——上海地面交通工具风洞中心项目
总建 筑 面 积 ３ ３ ５ ７ １
平方米。建设项 目
包括 三 大部 分 ：汽 车风 洞试 验 室 、汽
车风 洞测 试 中心 和
管理中心、凤洞中
上 海 地面 交通 工具 风 洞 中心 。它 占地
面积约 １． 顷， ４ ２公
可以降低汽车研发的成本 ，更重要的 是将对我国汽车工业的 自 主研发起到 强大的推动作用，成为我国汽车工业 自主研发的公共技术服务平台。其不 仅可以测试轿车整车 ，还可以测试商 务车 、旅行车、卡车 ，甚至地铁车厢 和磁浮列车 ，从中找到最佳的车身造
国内前三大硬件都已具备 ，而汽车风 洞的施工建设 ，则标志着我 国汽车工
业从 此拥 有 了 自主研 发 的实验 手 段 。
低速风洞
在 现 代 大 型 汽 车 风 洞 中 可 以
科 技 聚
模 拟 汽 车 使 用 环 境 —— 温 度 范
围 ：－ ０℃ ～ ５ ４ ５℃ ； 湿 度 范 围 ： ｌ ０％ ～ ９ ５％ ； 模 拟 太 阳 能 量 ：
风洞也可以采用别的特殊气体或 压空气的是变密度风洞 ，用水代替空
气的 称为水 洞 。
直流 式 闭 口实验 段低 速风 洞是 典 流体 来代 替空 气 ，用压 缩 空 气代替 常
现代汽车工业的 自主研发必须拥
有 四大 设 施 ：试 车 场 、碰 撞 试 验 台 、 电 磁兼 容 试 验 台和 汽 车 风 洞 。 目前 ，
全及能耗低是该汽车风洞的特色。
通 过该 风 洞试 验 ，可 为新 车辆 造 洞试 验。如此往 返，抛开 来 回高 额 型 设 计 的 诸 种 方 案 模 型 进 行 现 场 测 运输费、汽车研发周期被拉长的损失 定 ；将 第一 手 的数据 对 各 设计 方案模 不算 ，按照欧洲风洞试验的收费标准 型 的优 劣进 行评 估 ；从减 小 车 身迎面 ３ ０ 欧元 ／ ０ ０ 小时，同一车型的风洞试
第二讲流体力学实验设备-风洞
马赫数：M V
低速风洞中主要满足Re数相等。 超音速风洞中主要满足马赫数相等。 亚音速或跨音速风洞中很难兼顾，达不到所需Re 数。
5
a
风洞壁的干扰（边界干扰），模型支架的干扰，实 验段气流特性和实际流场的差异等 实验数据需要进行修正。
6
实验模型的安装支架
7
5. 风洞的分类 （1）按风洞实验段中气流速度V的大小来分 低速风洞：气流速度V<100m/s，马赫数M<0.3，分为回 流式和直流式，不考虑压缩性的影响，最常见的风洞。 高亚音速风洞： 马赫数0.3<M<0.8，外形与低速风动相 似，风扇驱动功率较大，一般为两级以上的轴流式风 扇，回流管道中需装冷却器或换气系统。 跨音速风洞：马赫数0.8<M<1.5，工作段双层结构，内 外层间称为驻室（压力可调）。内层壁面开有孔或槽， 消除模型激波反射现象和低超音速时的模型壅塞。
收缩段、实验段和扩散段
25
动力段：通过调节风扇的转速来调节实验段内的气流 速度，可用可控硅整流器提供直流电，直流电动机带动 风扇，实现无级调速，转速稳定。也可用变频器调速。
风扇
26
坐标架：风洞的配套设备，固定模型、测量探头 和模型支架等，采用高精度步进电机驱动，二维或 三维移动。 测量设备 测力：气动力天平，测量模型上所承受的力和力 矩。测力实验得到的是流场的综合结果，不能分析 产生气动力的原因。 测压：模型表面的压力分布。 测速：二维或三维速度分布，流场结构。
31
天津大学流体力学实验室低速回流式风洞（建成于1964年） 速度1-40米/秒，来流背景湍流度0.2%，试验段0.6*0.8*1.5
32
33
§2.3 烟风洞
空气动力学实验
低速模型风洞
在风洞转台下安装有高精度的测力天平，可测量模型的气动六分力。模型由4根 刚性立柱固定，并将模型表面的气动力传递到天平上，通过4根立柱也可在试验过程 中调整模型的离地间隙以及模型的俯仰角。其转台可正负旋转30°，以模拟汽车在 侧风工况下气动特性。
测力天平
低速模型风洞
工程师可在控制室内控制和监控风洞的运行，如风速、转台旋转角度的调整等， 并可通过摄像设备观察模型的状态，以及通过测控系统获得模型的测量数据并调整 模型的试验状态，如俯仰角、转角等。
天平测力技术
那么了解了汽车风洞试验中的气动六分力的定义，我们再来看下前后轴的气动升力是如 何计算得来的。需要说明的一点是，在风洞试验中对汽车气动阻力、升力的评估中，车辆横摆 角为0°，也就是此时近似没有侧向力的作用。在无侧风工况下，将汽车在解析中心O的气动 力，向前后轮与地面的交点进行分解，如下图
天平测力技术
F1z
z M1z
x
F2z z
F1y y M1y
M2z
x
O
F2y
y M2y
M2x F2x
M1z F1x
F1x F2x
F1y F2 y
M
1x
F1z F2z F2z b F2 y
c M 2x
M
1
y
F2 x
c F2z
a M2y
M 1z F2z a F2x b M 2z
p 1 U 2 C
2
U 2( ptotal p) /
常与微压计（补偿式、倾斜式）相连用 来测定来流的平均风速
p 1 U 2 C 2
皮托静管原理图
风速测量技术
热线（膜）风速仪（hot wire/film anemometer） 原理：利用探头上的热线（膜）在气流流过时由于 散热量增加而降温从而导致电阻变化的原理来测量风速。
国内几个大型风洞实验室资料
1）石家庄铁道大学风洞实验室参数之巴公井开创作2）湖南大学风洞实验室湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型鸿沟层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2，建筑面积3200 m2。
该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型鸿沟层风洞，其试验速度相对较高的试验段(高速试验段)长17 m，模型试验区横截面宽 3 m、高 2.5 m，试验段风速0～60 m /s连续可调。
高速试验段有前后两个转盘，前转盘位置可模拟均匀流风场，通过在该试验段一定范围内安插鸿沟层发生器，在后转盘位置可进行与鸿沟层有关的桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验。
试验速度相对较低的试验段(低速试验段)长15 m、模型试验区横截面宽5.5 m、高4.4 m，最大风速不小于16 m /s，可进行长大桥梁全桥模型抗风试验研究。
3）大连理工大学风洞实验室介绍大连理工大学风洞实验室（DUT1）建成于4月，是一座全钢结构单回流杜口式鸿沟层风洞，采取全自动化的丈量控制系统。
风洞气动轮廓长43.8 m，宽13.1 m，最大高度为6.18m；试验段长18m，横断面宽3m，高2.5m，空风洞最大设计风速50m/s，适用于桥梁与建筑结构等抗风试验研究。
4）中国建筑科学研究院实验室介绍风洞试验室建筑面积4665平米,拥有目前国内建筑工程规模最大、设备最先进的下吹式双试验段鸿沟层风洞，风洞全长96.5m，高速试验段尺寸为4m×3m×22m(宽×高×长)，最高风速30m/s；低速段尺寸为6m×3.5m×21m，最高风速18m/s。
拥有1280点同步电子扫描阀、多点激光测振仪、高频天平等先进的测试设备，可进行结构抗风和风环境的风洞试验、CFD数值模拟、风振分析等研究和咨询工作。
风洞采取先进的交流变频调速系统，试验段转盘和移测架均由微机控制，自动化程度较高。
风洞压力丈量系统包含美国Scanivalve公司的3台DSM主机和20个压力扫描阀，能够实现1280点的压力同步丈量，可满足海量测点压力测试的要求。
实验流体力学-4.风洞
∼ 65 10 ∼ 100 5 ∼ 93 10 ∼ 100 2.1 ∼ 21 20 ∼ 100 10 ∼ 60 10 ∼ 95 3 ∼ 30 8 ∼ 88 ∼ 90
300 2060 1250 2050 3× 2600 450 1200 1000 1120
0.10 0.10 0.09 0.12 0.10 0.24 0.10 0.10 0.078
（4）提高Re的方法
增大模型和风洞的尺度，其代价同样是风洞造价和 风洞驱动功率都将大幅度增加。如上文所说美国的 全尺寸风洞。 增大空气密度或压力。已出现很多压力型高雷诺数 风洞，工作压力在几个至十几个大气压范围。我国 也正在研制这种高雷诺数风洞。 降低气体温度。如以90K(-1830C)的氮气为工作介质， 在尺度和速度相同时，雷诺数是常温空气的9倍多。 世界上已经建成好几个低温型高雷诺数风洞。我国 也研制了低温风洞，但尺度还比较小。
（1）边界效应或边界干扰
真实飞行时，静止大气是无边界的。而在风洞中， 气流是有边界的，边界的存在限制了边界附近的流 线弯曲，使风洞流场有别于真实飞行的流场。其影 响统称为边界效应或边界干扰。克服的方法是尽量 把风洞试验段做得大一些(风洞总尺寸也相应增大)， 并限制或缩小模型尺度，减小边界干扰的影响。但 这将导致风洞造价和驱动功率的大幅度增加，而模 型尺度太小会便雷诺数变小。近年来发展起一种称 为"自修正风洞"的技术。风洞试验段壁面做成弹性 和可调的。试验过程中，利用计算机，粗略而快速 地计算相当于壁面处流线应有的真实形状，使试验 段壁面与之逼近，从而基本上消除边界干扰。
3.1 风洞的发展
世界上最早的风洞是1871年英国Wenhan在格 林威治建造的（45.7×45.7cm，长3.05m）； 美国的莱特兄弟 (O.Wright和W.wright)于 1901年制造了试验段0.56米2，风速12m/s的 风洞，从而于1903年发明了世界上第一架实 用的飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。
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国内几个大型风洞实
验室资料
1）石家庄铁道大学风洞实验室参数
2）湖南大学风洞实验室
湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型边界层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2，建筑面积3200 m2。
该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型边界层风洞，其试验速度相对较高的试验段(高速试验段)长17 m，模型试验区横截面宽3 m、高2.5 m，试验段风速0～60 m /s连续可调。
高速试验段有前后两个转盘，前转盘位置可模拟
均匀流风场，通过在该试验段一定范围内布置边界层发生器，在后转盘位置可进行与边界层有关的桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验。
试验速度相对较低的试验段(低速试验段)长15 m、模型试验区横截面宽5.5 m、高4.4 m，最大风速不小于16 m /s，可进行长大桥梁全桥模型抗风试验研究。
3）大连理工大学风洞实验室介绍
大连理工大学风洞实验室（DUT-1）建成于2006年4月，是一座全钢结构单回流闭口式边界层风洞，采用全自动化的测量控制系统。
风洞气动轮廓长43.8 m，宽13.1 m，最大高度为6.18m；试验段长18m，横断面宽3m，高
2.5m，空风洞最大设计风速50m/s，适用于桥梁与建筑结构等抗风试验研究。
4）中国建筑科学研究院实验室介绍
风洞试验室建筑面积4665平米,拥有目前国内建筑工程规模最大、设备最先进的下吹式双试验段边界层风洞，风洞全长96.5m，高速试验段尺寸为4m×3m ×22m(宽×高×长)，最高风速30m/s；低速段尺寸为6m×3.5m×21m，最高风速18m/s。
拥有1280点同步电子扫描阀、多点激光测振仪、高频天平等先进的测试设备，可进行结构抗风和风环境的风洞试验、CFD数值模拟、风振分析等研究和咨询工作。
风洞采用先进的交流变频调速系统，试验段转盘和移测架均由微机控制，自动化程度较高。
风洞压力测量系统包含美国Scanivalve公司的3台DSM 主机和20个压力扫描阀，能够实现1280点的压力同步测量，可满足海量测点压力测试的要求。
振动测量系统包括美国NI公司的动态信号采集系统、PCB 和Dytran公司的超小型精密加速度传感器以及德国Polytec公司的四台激光测振仪，可进行建筑物模型气动弹性试验。
此外实验室还配备了高频底座天平、地面风速测量系统和热线风速仪等测试设备，以满足不同类型的风洞试验需要。
实验室最大的特点在于：风洞试验段截面尺寸较大，可满足较大体量建筑群落试验要求；配备的压力扫描系统可实现上千测点规模的同步测压，满足后续压力数据处理的要求。