大型回流边界层风洞的气动与结构设计
Solidworks的气动设计和风洞流体力学分析指南

Solidworks的气动设计和风洞流体力学分析指南Solidworks作为一款广泛应用于工程设计领域的三维建模软件,不仅提供了强大的机械设计和结构分析功能,还支持气动设计和风洞流体力学分析。
本篇文章将为您提供Solidworks在气动设计和风洞流体力学分析方面的指南,帮助您更好地进行相关工作。
一、气动设计在进行气动设计前,首先需要建立准确的三维模型。
Solidworks提供了多种建模工具,如实体建模、曲面建模和装配等,可根据需要选择合适的建模方式。
此外,还可以利用Solidworks的模块化设计功能,快速生成不同配置的模型。
在建立模型的基础上,接下来需要进行流动领域的设置。
Solidworks Flow Simulation是一款基于计算流体动力学(CFD)的分析工具,可用于模拟和分析各种流场。
通过设置流场的进口速度和边界条件,可以模拟风洞中的气流情况,并分析其对物体的作用力和阻力等。
在进行气动设计时,还需要考虑以下几个方面:1. 空气动力学模型设计:根据设计需求和目标,选择合适的空气动力学模型,如飞机机翼、汽车外部形态等。
通过Solidworks提供的参数化设计工具,可以快速调整模型的尺寸和形状,优化设计效果。
2. 气动力学分析:利用Solidworks Flow Simulation进行气动力学分析,可以计算出物体受到的气流阻力、升力和气动力矩等参数。
通过这些参数,可以评估和改进设计的性能和稳定性。
3. 流场可视化:Solidworks Flow Simulation提供了直观的流场可视化工具,可将流速场、压力场和温度场等结果以图形方式展示。
通过观察和分析这些图形,可以更直观地理解气流情况,进而优化设计方案。
二、风洞流体力学分析风洞流体力学分析是对物体在风洞中的流动行为进行模拟和分析。
在进行风洞流体力学分析前,需要进行如下准备工作:1. 模型导入:将Solidworks中的三维模型导入至Solidworks Flow Simulation中进行分析。
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。
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。
高超声速风洞气动布局设计

摘要:在分析国内外高超声速风洞发展现状的基础上,根据南京航空航天大学高超声速风洞(Nanjing University of Aeronauties&Astronauties Hypersonie Wind TunneI,NHW)总体技术指标和要求,对该风洞气动布局设计 方案和各部件的气动设计进行了研究。风洞气动布局设计点为马赫数5和8、设计总压为1 MPa、总温685 K;风
I
釜
图4马赫数5喷管的内型面曲线图
I
妄
X/mm
万方数据
图1 南航高超声速风洞气动布局图
第2期
徐翔,等:高超声速风洞气动布局设计
273
2.3风洞总体气动参数设计
流在各马赫数和总压P。下的总温丁。、静压P。、静
风洞总体气动参数设计的目的主要是确定风 洞试验段气流流场参数,为风洞总体性能指标和风
温T一动压q。、气流流量G、气流单位雷诺数m 和模拟飞行高度目等。
根据NHW对总压和运行时间10 s的要求, 并兼顾今后风洞性能扩展的需求,气源系统布局设 计为:一套4 M3.5—12/220空气压缩机系统、二个 16 m3高压柱罐、髟68 mm×10 mm和彰43 mmX 7 mm高压主管路以及各类相应的电动截止阀、液 压快速阀和手动节流阀等组成。其气源系统气动布 局如图2所示。32 m3高压柱罐空气气源能够满足 风洞运行10 s的技术指标。计算分析确定68 ram× 10 mm的高压主管路可以保证气流进入加热器入 口压力大于3.0 MPa的技术指标。
2 NHw总体气动布局设计
风洞气动总体布局是风洞设计的关键。一个风 洞的高品质、高质量来源于风洞总体布局的合理性 和可靠性。因此,作者首先根据NHW总体技术指 标要求以及建设场地和经费情况,分析研究并确定 其驱动运行方式;然后分析选择加热器形式;最后 获得NHW高超声速风洞总体气动参数。
大型回流边界层风洞研制

实 验 技 术 与 管 理
表 1 风 洞 主要 设计 参 数
参 数 名 称
向 为 结 构 风 工 程. E—mail:yusc@ zju.edu.cn
建设有 一 定 的参 考 价值 。
1 风 洞 主 要 技 术 参 数 确 定
根 据 浙 江 大 学 现 有 的 相 关 优 势 学 科 ,拟 定 的 风 洞 方 案 应 具 有 建 筑 、桥 梁 、交 通 、工 业 空 气 动 力 学 、航 空 航 天 等方 面进 行 试 验 和 研 究 的功 能 。从 目标 功 能 分 析 ,首 先 风 洞试 验 段 要 求 有 较 大 的 截 面 ,以满 足 大 比例 建筑 、桥 梁模 型 的风 洞试 验 ;其 次 风 洞试 验 段 要 求 有 较宽 的 风 速 范 围 ,以 满 足 地 面 交 通 工 具 和 工 业 空 气 动 力 学 试 验 以及 雷 诺 数 效应 试验 对 高风 速 的要 求 ;最 后 试 验段 还 应 具 有 较 高 的流 场 品 质 ,以满 足 低 背 景 湍 流 的 航 空 航 天类 或 其 他基 础 空 气 动力 学 研 究 的需 求 。
参 数 内 容
风 洞 型 式
单 回路 单 试 验 段 立 式
试 验 段 尺 寸 风 速 范 围
(宽 ×高 ×长 )4 m×3 m×18 171 3~ 55 m /s
风 洞 收 缩 比
4 :1 罩 壳 比为 0.50)
风 扇 叶 片
一种回流式实验教学用风洞的设计

lia University of Technology,Hohhot 0 1 005 1,China)
Design of one kind of return——flow wind tunnel used in practice teaching
LV Wen—ehun ,MA Jian-long ,CAO Hui ,SUN Zhi—juaIl
(1. Metallurgical and Material Engineering Department,Inner Mongolia Technical College of Mechml—
基金 项 目:内蒙 占 自然 科 学 基 金资 助 项 目(项 目编 号 : 2013MS0726);内蒙古 工业大学 科研基金 资助 项 目(项 目编 号 :X201218)。
随 着风 能 产业 的迅 猛发 展 ,风 能 与 动 力工 程专 业 获得 了激增 式 的发 展 契 机 ,随着 国家 对 风 能专 业 人才 的 寻求 ,全 国众 多工 业 类 大 学均 新 增 或 加 强 了 对该 专业 的建 设及 人 才 培 养 ,因此 对 风 力 机 实验 教 学类设 备 的需求 也 日益增 强 。
ISSN l672-4305 (IN l2一l352/N
实 验 窒 科 学
SCIENC
第 17卷 第 1期 20l4年 2月
VI)l l7 No.1 Feb.20l4
一 种 回流 式 实 验 教 学 用风 洞 的设 计
大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究

大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究边界层是近地面气体与地面之间的区域,通常定义为自由流的速度较小的区域,它包含了流体较强的水平和垂直的运动,这些运动包含大量的涡旋和湍流。
了解边界层内的湍流特性对于气象学、航空航天和建筑学等学科都具有极大的意义。
风洞模拟实验可以提供一个便捷、可控、可重复的实验环境,用来研究边界层湍流特性。
本文将介绍一项大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究。
首先,将简要介绍实验的目的和重要性。
其次,将介绍实验的设计方案和程序。
接着,将介绍数据处理方法,分析实验结果。
最后,将讨论实验结果的意义和应用前景。
一、实验的目的和重要性大气边界层中的湍流是一种强烈的流动行为,其动力学复杂而普遍存在。
湍流对空气质量、能源和温室效应等都有着重要的影响。
边界层湍流也是大型建筑和飞机等复杂工程设计的重要因素。
因此,了解边界层内的湍流特性具有重要的学术和工程应用价值。
本实验的目的就是通过风洞模拟实验,对大气边界层中的湍流特性进行研究,为相关领域提供参考和指导。
二、实验的设计方案和程序1. 实验设计方案本实验选取直井状风洞为研究工具,它能够较好地模拟出大气边界层的流动情况。
在直径为1.5米,高为5.5米的风洞内,通过两个放置在风洞底部和顶部的网格板和两个旋转的切片风扇,模拟出边界层的结构和湍流特性。
在风洞内部安装压力传感器和热敏电阻器,用来测量边界层中的压力、温度和速度。
2. 实验程序a. 执行基准实验在进行边界层湍流研究之前,我们需要先进行基准实验,用来检查风洞系统的运行状态和数据的获取准确性。
在基准实验中,我们分别分别测量风洞内的压力、温度和速度,并将数据与标准值进行对比。
b. 模拟大气边界层湍流实验在进行模拟大气边界层湍流实验时,我们将根据实际环境的特点来设置初始条件,比如制造不同形状和尺寸的障碍物,用来模拟大气中存在的复杂地形和建筑物。
然后通过调节风洞内的风速、风向和湍流程度,模拟出边界层中的湍流特性。
大气边界层风洞的风机动力系统优化设计

并 采 用数 值 风洞技 术 对双风 机 的 3种 不 同布置 方案 和单 风机驱 动 条件 下风 洞 内定 常边界 层 流动特 性及 风机 系统动 力性 能进行 了对 比分析 。数值 模 拟 结 果表 明 : 3种 双 风 机动 力 系统 方案 均 可 满足
风 沙迁移 全领 域 的风速要 求 ; 相 比之 下 , 双 风机 两端 分布 的设 计 方案 在保 证 低 惯 性 的前提 下 , 使 风
大 气 边 界 层 风 洞 的 风 机 动 力 系统 优 化 设 计
唐博 ,杨 斌 ,任莹 辉
( 1 . 西 北 大 学 化 工 学 院 ,7 1 0 0 6 9 ,西 安 ;2 . 华 东 理 工 大 学 机 械 与 动 力 工 程 学 院 ,2 0 0 2 3 7 ,上海 )
摘 要 : 为 满 足 风 洞 实验 模 拟 真 实 野 外 大 气 边 界 层 的要 求 , 提 出 了双 风 机 驱 动 的 风 机 动 力 系 统 方 案 ,
关键 词 :大 气边界 层风 洞 ; 风机; 数 值模 拟 ; 风速 ; 湍 流 度
中 图分 类 号 :O3 5 9 ; X1 6 9 文献 标志 码 :A 文 章编 号 :0 2 5 3 — 9 8 7 X( 2 0 1 7 ) O 6 一 O 1 1 0 — 0 5 Opt i ma l De s i g n o f t he Po we r S y s t e m o f ABL W i n d _ Tu n ne l
第 5 OURNAL oF XI ’ AN J I AOTONG UNI VERS I TY
Vo1 . 5 1 NO. 6
2 0 1 7年 6月
J u n .2 O 1 7
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实 验 流 体 力 学 V o l . 2 8, N o . 2 , J o u r n a l o f E x e r i m e n t s i n F l u i d M p p
( ) 浙江大学 建筑工程学院 ,杭州 3 1 0 0 5 8 大型边界层风洞是开展风工程研究的必备装备 。 以浙江大学 Z 详细介绍 D 1 边界层风 洞 的 研 制 为 背 景 , 摘要 : - 在 风 洞 气 动 设 计 时 采 用 了 收 缩 比 为 4∶1 的 单 回 了大型回流边界层风洞气动设计和立式结构设计中的 关 键 问 题 , 路单试验段气动轮廓 , 在试验段中设置了 0. 的当量扩 散 角 , 对拐角导流片外形作了特殊处理, 并采用钢结构与 2 2 ° 混凝土结构相结合的立式结构 。 流场校验结果表明 , 大型回流边界层风洞的气动与结构设计能满足设计要求, 某 些指标甚至达到航空风洞的标准 , 在试验段中设置扩 散 角 有 利 于 降 低 轴 向 静 压 梯 度 , 立式结构设计对提高试验段 气流的水平均匀性有一定的作用 , 可为今后类似风洞的研制提供参考 。 边界层风洞 ; 气动设计 ; 立式结构设计 ; 流场校测 关键词 : V 2 1 1. 7 4 文献标识码 :A 中图分类号 :
0 1 4年0 4月 2 : / d o i 1 0. 1 1 7 2 9 s l t l x 2 0 1 2 0 1 7 9 y
( ) 文章编号 : 1 6 7 2 9 8 9 7 2 0 1 4 0 2 0 0 5 9 0 7 - - -
大型回流边界层风洞的气动与结构设计
余世策 ,蒋建群 ,楼文娟 ,孙炳楠
, Y u S h i c e J i a n J i a n u n, L o u W e n u a n, S u n B i n n a n g q j g ( , ,H ) C o l l e e o f C i v i l E n i n e e r i n a n d A r c h i t e c t u r e Z h e i a n U n i v e r s i t a n z h o u 1 0 0 5 8, C h i n a 3 g g g j g y g : b s t r a c t L a r e b o u n d a r l a e r w i n d t u n n e l i s n e c e s s a r e u i m e n t f o r w i n d e n i n e e r i n r e A - - g y y y q p g g s e a r c h. I n t h e b a c k r o u n d o f t h e d e v e l o m e n t o f Z h e i a n U n i v e r s i t Z D 1b o u n d a r l a e r w i n d g j g p y y - y , t u n n e l r o b l e m s t h e k e t e c h n i c a l i n t h e d e s i n o f t h e a e r o d n a m i c a n d v e r t i c a l s t r u c t u r e o f t h e p y g y l a r e r e c i r c u l a t i n b o u n d a r l a e r w i n d t u n n e l a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l . T e s t s e c t i o n o f Z D 1w i n d - g g y y , / , t u n n e l i s d e s i n e d a s 4 mw i d t h a n d 3 mh e i h t t h e m a x i m u m w i n d s e e d i s d e s i n e d a s 5 5 m s g g p g a n d t h e t u r b u l e n c e i n t e n s i t i s d e s i n e d a s n o t h i h e r t h a n 0. 5%.W i t h t h e c o n t r a c t i o n r a t i o o f 4 y g g s i n l e t e s t s e c t i o n a n d s i n l e l o o a e r o d n a m i c a r e u s e d i n a e r o d n a m i c d e s i n, e r o f i l e ∶1 , - g g p y y g p , u i v a l e n t d i f f u s i o n a n l e o f 0. 2 2 ° i s a r r a n e d i n t h e t e s t s e c t i o n a n d t h e s h a e o f c o r n e r v a n e i s q g g p t r e a t e d s e c i a l l . T h e c o m b i n a t i o n o f s t e e l s t r u c t u r e a n d c o n c r e t e s t r u c t u r e i s u s e d i n t h e v e r t i c a l p y w i n d t u n n e l s t r u c t u r e d e s i n. T h e r e s u l t s o f f l o w f i e l d c a l i b r a t i o n s h o w t h a t t h e m a x i m u m w i n d g / , s e e d o f w i n d t u n n e l r e a c h e s 5 5 m s t h e m a x i m u m e n e r r a t i o r e a c h e s 2. 0, t h e h d r o d n a m i c g y y y p / s t a b i l i t c o e f f i c i e n t i n m a s t e r t e s t a r e a f o r w i n d s e e d o f 4 0 m s i s l e s s t h a n 0. 5% , t h e m a x i m u m y p a x i a l s t a t i c r e s s u r e r a d i e n t i s 0. 0 0 4 4, a n d t h e m a x i m u m t u r b u l e n c e i n t e n s i t i s 0. 4 7%. I t i s p g y , t h a t a l l t h e i n d e x e s m e e t t h e d e s i n r e u i r e m e n t s a n d s o m e i n d i c a t o r s r e a c h t h e s t a n d a r d s h o w e d g q o f a v i a t i o n w i n d t u n n e l . I t i s w o r t h s t r e s s i n t h a t s e t t i n a x i a l d i f f u s i o n a n l e i n t h e t e s t s e c t i o n g g g , r e d u c e a x i a l s t a t i c a n d t h e d n a m i c n o n u n i f o r m i t c o e f f i c i e n t c o n c a n r e s s u r e r a d i e n t r e s s u r e - y y p g p ,w t o u r s h o w s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h o r i z o n t a l d i s t r i b u t i o n i n t h e t e s t s e c t i o n h i c h c o n f i r m s t h a t t h e u n i f o r m i t o f d n a m i c f o r h o r i z o n t a l d i r e c t i o n i s b e t t e r t h a n v e r t i c a l d i r e c t i o n. V e r t i r e s s u r e - y y p c a l s t r u c t u r e d e s i n a c e r t a i n r o l e f o r i m r o v i n t h e l e v e l o f h o r i z o n t a l u n i f o r m i t o f t h e t e s t l a s g p g y p y , s e c t i o n w h i c h a r e f e r e n c e f o r t h e d e s i n a n d c o n s t r u c t i o n o f s i m i l a r w i n d t u n n e l s . r o v i d e s g p : ; e w o r d s b o u n d a r l a e r w i n d t u n n e l a e r o d n a m i c d e s i n; v e r t i c a l s t r u c t u r e d e s i n; f l o w K - y y y g g y f i e l d c a l i b r a t i o n