小型风洞设计制作及稳定段研究
小型风洞实验报告模板
小型风洞实验报告模板1. 实验目的本实验旨在通过搭建小型风洞，模拟风场环境，以了解流体力学相关概念，并探究在风洞中空气流动特性的变化。
2. 实验原理利用风机产生气流，经过管道进入风洞，再通过风洞内的模型，观察和测量气流在模型前后的压力、速度等参数的变化，从而了解气流对物体的影响。
3. 实验装置和材料1. 小型风洞：风洞箱、风机、风洞管道、模型支架等。
2. 模型：可以选择不同几何形状的模型，如平板、球体等。
3. 测量仪器：差压传感器、风速计等。
4. 实验步骤4.1 搭建风洞1. 搭建风洞箱，确保密封性良好。
2. 将风机安装在风洞箱的一侧。
3. 连接风机与风洞箱之间的管道，确保气流能顺畅流动。
4.2 安装模型1. 根据实验需求选择合适的模型，并将其安装在风洞箱内的模型支架上。
2. 确保模型位置稳定，并与风洞箱内的气流方向对齐。
4.3 进行实验测量1. 在模型前后位置处，分别安装差压传感器和风速计。
2. 根据实验要求，记录模型前后气流的压力差和速度差等参数。
3. 可以使用数据采集系统，将实验数据进行记录和处理。
4.4 分析实验数据1. 根据实验所得数据，计算压差和速度差的平均值，并进行比较和分析。
2. 根据流体力学相关理论，理解实验结果所呈现的物理现象，如气流分离、阻力等。
5. 实验结果与讨论根据实验数据的分析，可以得出以下结论：1. 模型前后的压差随着模型的形状和尺寸的变化而变化，进一步验证了伯努利定律在风洞中的适用性。
2. 模型前后的速度差与模型的形状和尺寸密切相关，不同形状的模型会产生不同的气流效应。
3. 在实验中发现，当气流速度较大时，模型前后的压差和速度差明显增大。
本实验结果表明，小型风洞是一个有效的工具，可以用于研究和理解物体在气流中的行为。
通过改变模型的形状和尺寸，可以进一步探究气流对物体的影响，并为飞行器设计、建筑结构等领域提供参考依据。
6. 实验结论通过本次小型风洞实验，我们对气流的特性和模型的影响有了更深入的了解。
简易风洞设计(带有程序)
简易风洞设计需要的材料风机，小球，51单片机，风机驱动模块，液晶1602，超声波，电源设计任务设计制作一简易风洞及其控制系统。
风洞由圆管、连接部与直流风机构成。
圆管竖直放置，长度约40cm,内径大于4cm且内壁平滑，小球（直径4cm黄色乒乓球）可在其中上下运动；管体外壁应有A、B、C、D等长标志线，BC段有1cm间隔的短标志线；可从圆管外部观察管内小球的位置；连接部实现风机与圆管的气密性连接,圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。
控制系统通过调节风机的转速,实现小球在风洞中的位置控制。
设计要求（1）小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达BC段，并维持5秒以上。
（20分）（2）当小球维持在BC段时，用长形纸板（宽度为风机直径的三分之一）遮挡风机的进风口，小球继续维持在BC段。
（10分）（3）以C点的坐标为0cm、B点的坐标为10cm；用键盘设定小球的高度位置（单位：cm），启动后使小球稳定地处于指定的高度3秒以上，上下波动不超过±1cm。
（10分）（4）以适当的方式实时显示小球的高度位置及小球维持状态的计时。
（10分）小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达圆管顶部处A端，且不跳离，维持5秒以上。
（10分）（5）小球置于圆管底部，启动后30秒内控制小球完成如下运动：向上到达AB段并维持3~5秒，再向下到达CD段并维持3~5；再向上到达AB段并维持3~5,再向下到达CD 段并维持3~5；再向上冲出圆管（可以落到管外）。
（20分）（6）风机停止时用手将小球从A端放入风洞，小球进入风洞后系统自动启动，控制小球的下落不超过D点，然后维持在BC段5秒以上。
（10分）（7）其他自主发挥设计。
（10分）说明（1）题中到达XX段是指，小球的整体全部进入该段内；（2）题中“维持”是指，在维持过程中小球整体全部不越过该段的端线；（3）小球的位置以其中心点为准（即小球的上沿切线向下移2cm，或下沿切线向上移2cm）；（4）直流风机的供电电压不得超过24V，注意防止风机叶片旋转可能造成的伤害；可在圆管及其周围设置传感器检测管内小球的位置；可将圆管、连接部与直流风机安装在硬质板或支架上，以便于使圆管保持竖直状态，并保持风洞气流通畅。
实验风洞方案的设计
气体在风洞中工作段流动是均匀场，即模拟了自然风场，气体流过“膜”表面，由于粗糙度不同，流场分布也变化，由于设备优良程度不同，对同一膜表面流场分布也变化。
通过查阅大量有关风洞实验装置的文献，现设计出了两种实验方案如下：
表1 两种方案性能表
方案阻力压力梯度流速、流场使用方法阻力特性备注
风洞无0 均匀场，稳定
流速
放在流场中间
基本上绝
对值
有阻塞
效应
双纽线传感器有有
流量场，平均
流速
贴在管壁上相对值
无阻塞
效应
两种方案的共同点：
1、都可以无级调速（不允许通过节流装置等改变机械尺寸方法）；
2、都是测量差压（计量标准）；
3、都可以获得低湍流稳定流场；
4、都需要进行温度、湿度、流速分布系数，阻塞系数，干扰系数的修正；
5、两种方案测出结果都是标准状态；
6、结构上有共同点，装置的左边不同，右边大致相同。
针对以上两种方案的自制风洞装置图如下所示：
②紊流网 ⑥工作段
③稳定段 ⑦扩散段
④集气段 ⑧风机
方案 A
① 双纽线式传感器
② 工作段
③ 扩散段
④ 风 机
方案 B
图1 风洞装置设计简图。
风洞试验设计规范要求及模型制作
风洞试验设计规范要求及模型制作风洞试验是航空航天、汽车、建筑等领域中非常重要的一项测试方法，能够模拟真实环境下的空气流动情况，为产品设计和性能优化提供参考。
在进行风洞试验之前，必须遵循一定的设计规范要求，并且制作出符合实际的模型。
本文将详细介绍风洞试验的设计规范要求以及模型制作的步骤和技巧。
一、风洞试验设计规范要求1. 流体力学参数：风洞试验的设计必须考虑流体力学参数，包括速度、密度、动力粘度等。
根据具体的试验需求，确定合适的流体力学参数，并在设计过程中予以合理控制。
2. 尺寸比例：风洞模型的尺寸应符合比例关系，通常采用代表比例进行缩放。
例如，在航空领域的风洞试验中，常用的尺寸比例为1：200或1：100。
3. 材料选择：模型制作所选材料应具有良好的耐高温、耐高压、耐腐蚀等性能，以确保试验过程的安全和可靠性。
4. 模型加工：模型的加工应精细、精确、耐用。
常见的制作方法包括切割、粘接、数控加工等，确保模型表面光滑，没有毛刺或凹凸不平的情况。
5. 测试参数设置：在风洞试验中，需要合理设置测试参数，包括风速、气压、温度等。
测试参数的设置应与实际使用环境相匹配，并符合试验要求。
二、模型制作步骤和技巧1. 设计模型：根据试验需求和设计规范要求，利用计算机辅助设计软件进行模型的三维建模，确保模型的准确性和符合要求。
2. 选择合适材料：根据试验要求和模型设计，选择相应的材料。
常见的风洞模型材料包括铝合金、聚合物、玻璃纤维等。
需要根据具体情况考虑材料的强度、重量和成本等因素。
3. 模型制作：利用数控机床或其他加工设备对模型进行加工。
根据设计要求，通过切割、钻孔、打磨等工艺，将模型制作出来。
制作过程中需要严格按照设计尺寸和比例进行操作，保证模型的精度和准确性。
4. 模型组装：将加工好的零部件进行组装，确保模型的完整性和稳定性。
组装过程中要注意零部件的相互匹配和连接，避免出现松动或失配的情况。
5. 表面处理：对模型表面进行光滑处理，去除毛刺和凹凸不平的部分。
风洞施工方案
风洞施工方案1. 引言风洞是一种用于进行气动性能测试和风力工程研究的设备，主要用于模拟真实空气流动情况，尤其是在飞行器设计和空气动力学研究中扮演着重要角色。
本文档将介绍风洞施工方案，包括风洞的设计、施工过程、材料选用和安全措施等。
2. 设计风洞的设计要考虑到以下几个方面：2.1 尺寸风洞的尺寸取决于测试对象的尺寸和测试需求。
通常情况下，风洞的尺寸应能容纳测试对象，并具有足够的空间进行流动分析和测量。
2.2 进口和出口风洞需要设计进口和出口，以确保气流能够顺畅进入和流出。
进口和出口应具有合适的尺寸和形状，以减小气流的扰动，并且要考虑到安全性和便捷性。
2.3 气流管道风洞的气流管道需要具备低阻力和高稳定性的特点。
为了实现这个目标，可以采用光滑内壁的材料，并适当设计管道的曲率和直径。
此外，还需要考虑管道的长度和密封性。
2.4 测量设备风洞应配备适当的测量设备，以便对气流速度、压力、温度等参数进行准确的测量。
测量设备的选择应根据测试需求和预算来确定，并且需要定期校准。
3. 施工过程风洞的施工过程主要包括以下几个步骤：3.1 土建工程风洞的土建工程包括平整地基、打地基、搭建建筑结构等。
建筑结构的稳定性和密封性对于风洞的正常运行非常重要。
3.2 气流管道安装在土建工程完成后，需要安装气流管道。
气流管道的安装要注意避免内部有锐边、死角或突起物，以减小气流的扰动。
3.3 电力供应和控制系统风洞需要稳定的电力供应和控制系统，以确保风洞的安全性和可控性。
电力供应和控制系统的设计和安装要符合相关标准和规范。
3.4 测量设备安装在风洞施工的最后阶段，需要安装和调试测量设备。
测量设备的安装和调试要严格按照制造商的指南进行。
4. 材料选用风洞施工中的材料选用对于风洞的运行和性能有着重要的影响。
以下是一些常用的材料选用建议：4.1 气流管道气流管道可以选择光滑内壁的材料，如不锈钢、铝合金等。
这些材料具有优异的耐腐蚀性和流体动力学特性。
低速风洞设计说明书
流体力学实验技术课程设计学院：航空宇航学院学生姓名：杨馨学号：011210833二〇一六年十二月低速风洞设计课程设计报告1、实验段设计该风洞设计最大风速为100米每秒，预设功能为做全机模型低速气动特性测量试验，一般的迎角在负20度到正30度之间，采用回流式。
○1实验段截面形状选择实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及矩形等。
选择剖面形状的原则是在满足实验要求下最有效地利用全部气流切面积，因而可以减少风洞的驱动功率。
综合考虑气流均匀度和洞壁干扰等因素，选取矩形截面。
○2实验段截面尺寸选择为使雷诺数达到2.5*10^6,根据风速100米每秒，再取平均展弦比为6，并且要求模型展长不超过风洞宽度的0.7倍，估算得实验段宽度约为3.7米，取实际宽度为4米；由于迎角不太大，对于实验段高度要求不大，取为3米。
○3实验段开口式、闭口式的选择为保证实验段气流均匀度以及减少可能的能量损失，采用闭口式实验段。
○4实验段长度确定模型应置于实验段的均匀流场中。
模型头部至实验段入口应保持一定距离，以l1表示，假设实验段相当直径为D0，则L1大致为0.25~0.50 D0；模型的长度以l2表示，大约为0.75~1.25 D0，各种类型飞机的模型是不相同的；模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以l3表示，一方面保证模型的尾流不过多影响扩压段效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部，这个距离大约为0.75~1.25 D0。
因此，实验段长度应保持在1.75~3.0 D0的范围内。
经计算，D0约等于3.9米，取实验段长度为8米。
2、收缩段设计○1收缩段作用加速气流，使其达到实验所需要的速度。
收缩段应满足以下要求：（1）气流沿收缩段流动时，洞壁上不出现分离；（2）收缩段出口的气流要求均匀、平直而且稳定；（3）收缩段不宜过长。
○2收缩段长度L2收缩比取为10，收缩段出口尺寸根据试验段尺寸取R2为2米，根据收缩比计算得进口尺寸R1约为6.32米，收缩段长度一般采用进口直径的0.5~1.0倍，取L为8米。
小型模拟风洞系统设计报告资料
综合电子设计小型模拟风洞系统刘石劬 22011231尹哲浩 22011214赵正扬 22011212董元 22011207一、引言二、设计思路2.1 整体功能设想2.2 模块实现方式确定三、设计内容及部分电路仿真3.1 输入模块设计部分3.1.1 按钮功能电路实现与仿真3.1.2 控制输入电路实现与仿真3.2 控制模块设计部分3.2.1 硬件选型及论证3.2.2 风扇控制信号的分析3.3 整体原理图与PCB设计四、整体实物图即测试结果五、课程收获与心得六、参考文献一、引言风洞是空气动力学研究的重要地面试验设备，通过对流体力学方法的计算，可以研究物体模型所受不同方向、不同大小的气动阻力影响，为汽车、高速列车等等的选型提供大量的参考依据。
同时，风洞也是试验高速飞行器必不可少的一种设备，是保证一个国家航空航天处于领先地位的基础研究设施]1[。
随着时代的发展，飞机研究制造业的竞争越加激烈，尤其在军事领域，现有风洞试验设备的模拟能力已经成为制约第四第五代战斗机的研制和未来高超声速飞行器发展的瓶颈。
这次课题设计，我们想以自己现有的能力和一些简单的器材来完成一个简易的小型风洞设计，用以模拟产生不同风力大小的气流。
我们采用电脑CPU风扇作为风力的发生装置，以输入信号的占空比来调节风扇转速的大小，并可以根据风扇所发出的风力大小来实现结果的反馈。
二、设计思路2.1 整体功能设想风扇的输入信号可以控制风扇实现不同的转速，也可以让风扇的工作处于测试模式下，即风扇的转速按预定的延时变化，风力将由大至小，再由小变大循环往复。
也可以通过键盘，让帆板到达指定高度。
2.2 模块实现方式确定(1) 输入模块：使用者将通过按钮进行输入信号的控制，工作时不会存在两个按钮同时有效的情况。
本模块的大体部分会以门电路的形式构成，功能上通过计数器不同的计数值来形成不同的输入信号，但必须保证信号的频率一致。
最后，所有档位的信号必须以同一个输出端口输送至风扇，对风扇进行相应的控制。
低速风洞课程设计--工程流体力学课程设计
2015/2016学年第一学期低速风洞设计课程名称：工程流体力学课程设计班级：新能源1312 小组成员：指导教师：目录一课程设计目的 (3)二．完成设计任务条件 (3)三、完成的任务 (3)四、具体设计 (3)4.1 实验段 (4)4.2收缩段 (5)4.3稳定段 (6)4.4扩压段 (7)4.5其他部件设计 (10)五．能量比 (11)六．需用功率 (15)七．心得体会 (15)八．参考文献 (16)一、课程设计目的综合运用在流体力学实验技术和其它课程中所学习的知识，完成简化了的低速风洞气动特性设计项目，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。
二、完成设计任务的条件（1）风洞试验段要求：闭口（2）实验段进口截面形状：矩形（3）实验段进口截面尺寸：2.5mX3.0m（4）试验段进口截面最大风速：100m/s（5）收缩段的收缩比：7三、完成的任务（1）低速风洞设计图纸绘制（2）设计说明书：我们组设计的是小型低速风洞（3）风洞设计、研制与实验技术研究方面的综述报告四、具体设计4.1 实验段① 为了使模型处于实验段的均匀流场之中，模型头部至实验段入口应保持一定的距离，以1l 表示。
1l 的大小视实验段入口流场的均匀程度而定。
如实验段直径为0D ，则1l 大致为0.25~0.500D 。
因为后面我们会采用较多层的紊流网，故此处不用取得太大，选择100.35l D =。
② 模型的长度为2l 表示，大约在0.75~1.250D 之间，各类飞机的模型是不相同的。
为了使风洞尽量满足一洞多用，取2l 足够长选择201.25l D =。
③ 模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以3l 表示，一方面是保证模型的尾流不过多影响扩压段的工作效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部。
这个距离大约为0.75~1.250D 。
选择300.8l D =④ 12302.4 6.55L l l l D m =++==，满足统计数据中，主要实验低速飞机02.0~2.5L D =的情况。
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小型风洞设计制作及稳定段研究
摘要风洞是从事飞行器研制和空气动力学研究的最基本的实验设备。
迄今为止绝大部分空气动力学实验都是在风洞中完成的。
风洞的发展是同航空航天技术紧密相关的，风洞是研制新型飞行器的重要物质基础。
稳定段及其内部的整流装置是风洞不可或缺的组成部分。
整流装置包括纱网和蜂窝网等，其设计目的是使气流均匀或降低紊流度。
关键词小型风洞；纱网；均匀性；稳定段；能量损失
在本次研究中，设计并动手制作可用于实际操作的小型风洞，着重对其稳定段进行研究，从而设计出适合于一类小型风洞的稳定段。
一方面，在理论计算与实验中记录有意义的数据，为以后进一步的研究提供依据。
另一方面，此次研究所制作出的小型风洞，可以用于实际的风洞实验，如小型风力发电机的测试等。
在研究的前期进行小型风洞的设计，绘制小型风洞的设计图纸。
在研究的第二阶段，根据设计动手制作小型风洞。
在制作过程中，不断根据实际情况，对图纸细节进行调整和改进。
在研究的第三阶段，对已制作完成的小型风洞稳定段中的纱网进行控制变量的研究与分析。
对于低速小型风洞，进口风速为10m/s～18m/s时，在综合气流均匀性、稳定性和气流能量3个指标之后发现，网丝直径d与网眼尺度l的比值为0.37，每层纱网间距为2cm的三层纱网组合为最优纱网组合。
1 研究方法及过程
1.1 小型风洞的设计
1.1.1 风洞整体的布置
小型风洞是由风扇、风洞本体和测量仪器系统三部分组成。
如图1所示为风洞的整体布置图。
①为风扇。
②为风洞本体。
③为传感器组
1.1.2 风扇的设计
根据研究需要，风扇选用具有调速功能的低速风扇，其风速范围为：10m/s ～20m/s。
出风口为正方形，内径为11.6cm，外径为12cm。
在风洞的出口和进口，分别放置两个相同型号的风扇，进口的风扇向风洞内鼓风，出口的风扇从风洞内吸风，并始终调节两风扇的鼓风风速相同。
这样的设计可以在一定程度内令风洞内的气体密度保持恒定。
1.1.3 风洞本体的设计
风洞本身共分为三段，内有两个为消除涡流而装置的蜂窝器和两套为平稳气流而装置的纱网。
风洞洞体材料选为有机玻璃，既保证强度，又便于观察。
1）实验段
由于所设计风洞属于低速风洞范畴，因而不同实验段截面形状的洞壁干扰情况大致相似。
而方形截面相对于其他形状截面有易于安装门窗、有利于观察实验等优点。
根据研究需要，本次设计确定洞体横截面为正方形，内径15cm。
根据经验公式，风洞的试验段长度L=2.0～2.5D＼* MERGEFORMAT，其中D为实验段直径。
因此，本次设计的实验段长度为L=40cm。
2）收缩段
此设计中，一方面为尽量避免气流在洞壁上产生分离，另一方面为减少能量损失，收缩段的长度采用进口直径的0.5倍～1.0倍＼* MERGEFORMAT。
因此，取收缩段长度为10cm。
3）稳定段
（1）蜂窝器
蜂窝器的位置如图1所示。
两边的蜂窝器分别用于减少两端风扇产生的涡流。
根据研究需要，蜂窝器的孔径控制在0.6cm～1.2cm范围内，由经验公式，确定蜂窝器的长度为3cm。
（2）纱网
纱网位置如图1所示，位于蜂窝器与实验段之间。
用于进一步减少两端风扇产生的涡流。
1.1.4 传感器的设计
稳定段后端15cm处设置传感器即风速仪，用于测取实验段气流流速值。
1.2 小型风洞的制作
1.2.1 材料
有机玻璃板（厚度4mm、大小90cm×120cm）、角铁、螺丝、螺母、合页、密封条、磁条、有机玻璃胶、模型PVC管、不同布料的纱网、传感器、风扇。
1.2.2 具体制作过程
1）风洞的组装
根据以上的设计原理，如图2所示，用激光切割机将有机玻璃板切割成19块。
将8块梯形有机玻璃片的边缘分别打孔，通过螺丝和角铁固定成如图3所示的形状，组成装配体1、装配体2。
其中，每四块梯形的拼接采用弦图的拼接方法，这样每两块梯形的接触面积相对较大，从而增强了风洞的稳定性。
将9、10、11号的矩形、1、2、3、4、5、6、7号矩形的边缘分别打孔，并通过螺丝和角铁固定。
其中，十块矩形的拼接亦采用弦图的拼接方法。
再将8号矩形边缘打孔，通过合页，与7号矩形的一边相连。
在7号矩形的另一边边缘处安装上小型门把手，以便于开关侧开门。
在7号矩形安装有门把手的一边用有机玻璃胶粘上磁条1，在1号矩形的无孔边粘上与磁条1相吸的磁条2。
侧开门的设计，是为便于实验人员对风洞中的模型进行装卸，而侧开门的门边粘有磁条，则是保证了门在关闭时不至被风洞内部的气流所扰动。
装配体3的组装完成，如图4所示。
然后用有机玻璃胶，将装配体1、装配体2分别与装配体3相连，构成风洞主体，如图5所示。
再用有机玻璃胶和密封条，将所有有机玻璃块之间相邻的部分密封起来，防止漏风。
2）纱网、蜂窝器的制作与安装
选择五种疏密程度不同的网作为制作纱网的原始材料。
将每一种网裁剪成15.5cm*15.5cm的正方形网布。
依据实物实验的需要，将纱网用有机玻璃胶粘贴于风洞中指定的位置。
选取孔径为0.6cm的模型管作为制作蜂窝器的原始材料。
根据上述设计原理，确定蜂窝器的长度为3cm。
由于风洞主体的内径为15cm，所以需要段长度为3cm的模型管。
将模型管切割成1250段，并用胶将其固定在一起，组成蜂窝器，如图6所示。
如图5所示，再将蜂窝器用胶粘贴于风洞中指定的位置。
1.2.3 传感器的放置
稳定段后端15cm处设置有一个叶轮式风速仪，其距离底面的高度依次为3cm、7.5cm、12cm，其距离侧边的距离依次为3cm、7.5cm、12cm，用于测取截面不同位置处的风速值。
风速仪的型号为Tecman TM826，可测风速0.3m/s～45m/s，解析度为0.1m/s，误差为+/- 3%，叶轮直径为4cm。
鉴于测风速时所用
的叶轮式风速仪会对气场产生负面影响，本研究在相同条件下，依次测取各位点的风速值，使各位点的风速值测量互不影响，以减少风速仪本身引起的气流扰动对测点风速值的负面影响。