风洞试验
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
空气动力学中的风洞试验技术研究
空气动力学中的风洞试验技术研究一、前言空气动力学是介于流体动力学与空气动力学之间的微小区域的流体动力学，主要研究气体对于运动和静止物体的影响，是流体动力学和气体动力学的交叉领域。
而在空气动力学中的风洞试验则是研究航空航天、汽车、火箭、潜水器等工业领域的必要手段。
二、风洞试验的基本概念风洞试验是一种将模型置于某种流体中，通过模拟流体环境，获得模型所受到流体压强的方法。
其主要用途是对建筑物、桥梁、航空器、飞行器、汽车等物体进行空气动力学试验。
风洞试验的基本原理是根据模型的大小要求，采用比例模型，通过风洞进行试验。
三、风洞试验技术1.模型制作技术模型是风洞试验的主要研究对象，其制作技术的好坏直接影响到试验结果。
在模型制作中，首先要根据模型的大小要求选择合适材料，然后根据要求加工成合适形状。
由于模型大小比较小，所以在加工过程中要做到精度、细节，对加工设备也要有很高的要求，通常需要采用微机数控机床、激光加工等先进的加工手段。
2.测试设备的研发风洞试验通常需要依靠一整套的测试设备，包括风洞、控制仪器、数据采集等设备。
风洞的设计、制造和使用对风洞试验的质量和效果有直接影响。
在风洞设计中，要考虑风洞内部的气流流向、速度、温度、湿度等因素，同时还要考虑噪音、晃动等因素，确保试验的准确性。
3.实验原理与操作方法研究风洞试验的原理和操作方法是风洞试验技术中的重要部分。
在实验前，需要制定实验方案并根据方案进行操作。
实验过程中需要注意实验数据的采集和处理，以减小误差的影响。
同时，在试验中还需要掌握实验过程中的各项指标和数据变化规律，以此推导模型的飞行性能和气动特性。
四、风洞试验的发展趋势目前，随着科技的发展，新的材料和技术不断涌现，并且人们对飞行性能和气动特性的研究也逐渐深入，风洞试验技术也在不断发展。
未来，风洞试验技术将逐渐向高速、高精度、高可靠性、高自动化等方向发展，同时还需要与计算机仿真技术、数据分析和处理技术等方面的技术联合，以提高风洞试验技术所获得数据的准确度和可靠性。
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。
风洞实验
如果风洞试验显示结构顶点最大加速度超限或业主要求提高舒适度标准，可以考虑在房屋顶部设置调谐质量阻尼器（TMD）。
结构构件设计采用中国规范和风工程顾问提供的风洞荷载。
风洞实验wind tunnel experiments在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。
风洞实验的理论依据是流动相似原理。
由于风洞尺寸、结构、材料、模型、实验气体等方面的限制，风洞实验要作到与真实条件完全相似是不可能的。
通常的风洞实验，只是一种部分相似的模拟实验。
因此，在实验前应根据实际内容确定模拟参数和实验方案，并选用合适的风洞和模型。
风洞实验尽管有局限性，但有如下四个优点：①能比较准确地控制实验条件，如气流的速度、压力、温度等；②实验在室内进行,受气候条件和时间的影响小,模型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便；③实验项目和内容多种多样，实验结果的精确度较高；④实验比较安全，而且效率高、成本低。
因此，风洞实验在空气动力学的研究、各种飞行器的研制方面，以及在工业空气动力学和其他同气流或风有关的领域中，都有广泛应用。
模型的设计和制造是风洞实验的一个关键。
模型应满足如下要求：形状同实物几何相似或符合所研究问题的需要（如内部流动的模拟等）；大小能保证在模型周围获得所需的气流条件；表面状态（如光洁或粗糙程度、温度、人工边界层过渡措施等）与所研究的问题相适应；有足够的强度和刚度，支撑模型的方式对实验结果的影响可忽略或可作修正；能满足使用测试仪器的要求；便于组装和拆卸。
此外，某些实验还对刚度、质量分布有特殊要求。
模型的材料在低速风洞中一般是高强度木材或增强塑料，在高速和高超声速风洞中常用碳钢、合金钢或高强度铝合金。
有些实验根据需要还采用其他材料。
模型通常都是缩尺的，也有全尺寸的，有时还可以按一定要求局部放大。
对于几何对称的实物，还可以利用其对称性做成模拟半个实物的模型。
风洞试验在大气工程中的研究与应用
风洞试验在大气工程中的研究与应用引言：大气工程是一门研究大气层中各种物理现象和过程的学科，包括气象学、气候学、空气动力学等。
在大气工程的研究中，风洞试验是一种常用的实验手段，用于模拟和研究不同气象条件下的风场。
一、风洞试验的原理与分类风洞试验是一种通过模拟真实风场来研究物体受风力作用的实验方法。
其基本原理是通过在封闭空间中加速空气流动，使其在模型或样品上产生与实际风场相似的风压和风速，从而观测和测量风对物体的作用。
按照风洞试验的尺寸和用途，可以将其分为多种类型，如低速风洞、中速风洞、高速风洞等。
其中，低速风洞主要用于研究和测试一般建筑物、航空模型等，而中速风洞则常用于飞机、火箭等大型空气动力学试验。
而高速风洞则主要用于超音速、高超音速等高速气动试验。
二、风洞试验在大气工程中的研究1. 建筑物风压系数的测定风洞试验在建筑物工程中有着广泛的应用。
通过模拟风洞中的风场，可以测定建筑物在不同风速下的风压系数，从而评估建筑物的风险和安全性。
这对于高层建筑、大跨度桥梁等结构工程的设计和施工具有重要意义。
2. 气象灾害的模拟与预测风洞试验可以模拟和研究不同气象条件下的风场，如台风、龙卷风等。
通过对这些气象灾害的模拟和预测，可以更好地了解其发展规律和影响范围，并采取相应的防灾措施。
这对于提高人们对气象灾害的认识和减少灾害损失具有重要意义。
3. 飞机设计与性能优化风洞试验在航空航天工程中的应用非常广泛。
通过模拟飞行的风洞试验，可以研究和优化飞机的气动特性，如阻力、升力等。
这对于提高飞机的性能和安全性具有重要意义。
同时，风洞试验也是新型飞行器的研究和设计的重要手段。
三、风洞试验的发展与挑战随着科技的发展和需求的增加，风洞试验也在不断进步和发展。
例如，近年来出现了无人飞行器和电磁弹射技术等新兴领域，这对于风洞试验的技术要求提出了新的挑战。
同时，传统的风洞试验也面临着一些问题，如成本高、周期长等。
因此，人们也在探索新的风洞试验方法，如数值模拟、仿真技术等。
4 风洞试验
测压点个数 36 60 60 60 28 42 60 60 56 21 56 14 16 12 12 15
3 试验设备
风洞：广东省建科院建筑风洞实验室，为串联双 试验段回流式风洞，分为大小两个试验段。本试验 使用的是大试验段。 1）大试验段为闭口试验段：长10m、宽3m、高2m， 最高风速为18m/s；
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首都机场3号航站楼测压试验
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4.4 试验模型
（1）测压模型 适用于桥梁、高层建筑、空间结构等。 优点：
风压分布；缺点：试验过程复杂（注意的问题：管 路系统的畸变和修正）
（2）高频动态测力天平试验（模型） 适用于高层建筑、高耸结构（格构式）。优点：
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北京大学风洞
宽3米×高2米×长32米直流式大气边界层风洞
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哈工大风洞与波浪模拟实验室
单回流闭口双试验段构造。 风洞小试验段入口截面宽4.0m ×高3.0m ×长 25m，空风洞最大风速44m/s，主要用于单体建筑 和建筑群的流场显示、测力、测压等试验。
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。
L1=（3~8）D1， L2=（8~20）D2
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总压测量：平头总压管（皮托管），开口端平面 与气流方向垂3
气流方向修正系数
2）压强测量仪 （1）液柱式压强计 （a）U形管压强计：设ρ1为被测压强，ρ2为参考 压强（常用大气压强），则
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东莞国际金融大厦
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。
飞行器设计中的风洞试验
飞行器设计中的风洞试验作为飞行器设计的必要流程之一，风洞试验在设计过程中起着至关重要的作用。
风洞试验不仅能够模拟真实的空气流场，还能够通过实验手段对飞行器的设计进行优化和改进，从而提高飞行器性能和安全性。
一、什么是风洞试验？风洞试验是一种通过模拟真实流场环境，利用模型进行试验研究的技术方法。
在飞行器设计中，通过风洞实验可以模拟不同速度和空气密度下的气流流动，测量模型的阻力、升力、侧力等物理数据，同时也能够观察流场现象，从而为飞行器的设计提供科学依据。
二、风洞试验的优点1. 实验环境稳定：风洞试验可以模拟出多种不同气流环境，同时也能够稳定地控制气流速度、风向、风角等参数，从而保证实验数据的可靠性。
2. 实验数据丰富：通过风洞试验，可以获得模型在不同气流环境下的阻力、升力、侧力等物理数据，从而为设计者提供了大量的关键参数。
3. 可以优化设计：通过对实验数据的分析和比较，设计者可以更好地理解飞行器在不同条件下的性能特点，从而做出优化设计，提高飞行器的性能和安全性。
三、风洞试验的种类1. 静态风洞试验：静态风洞试验是一种通过固定模型并在其上方喷射气流进行试验的方法。
静态风洞试验可以测试模型的耐风性和风噪声等特性，同时也能够获得模型在不同风速下的阻力和升力等物理参数。
2. 动态风洞试验：动态风洞试验是在静态风洞试验的基础上，增加了机械和电子设备用于控制模型的运动和姿态。
动态风洞试验可以更加真实地模拟飞行场景，同时也可以模拟临界空速等特殊气流环境。
3. 水洞试验：水洞试验是一种利用水流进行模拟试验的方法。
在水洞试验中，设计者可以利用液体的高密度和低黏性，模拟高速气流下的飞行器状态，从而获得模型的阻力、升力、推力等物理数据。
四、风洞试验的挑战和技术难点1. 气动噪声问题：风洞试验中，高速气流会产生强烈的气动噪声，这会对模型产生影响，并对实验者造成危害。
2. 模型装配和校准：在风洞试验中，模型的装配和校准会直接影响实验数据的准确性。
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2011.10.21
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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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配色方案修改： 配色方案在【格式】-->【幻灯片设计】-->【配色方案】-->【编辑配色方案】下调整。 LOGO的添加： Logo添加修改在【视图】-->【母版】-->【幻灯片母版】下调整。直接选择logo图片删除或修改。 字体格式的设置： 标题和文本格式的设置在【视图】-->【母版】-->【幻灯片母版】下调整。 默认设置： 首页主标题44号（中文微软雅黑英文Arial）加粗加阴影；副标题20号（中文微软雅黑英文Arial） 加粗 内页标题40号（中文微软雅黑英文Arial）加粗加阴影；内页内容文字32号（中文微软雅黑）
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。
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2011.10.21
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2011.10.21
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风洞试验的其他应用
风洞试验应用于沙漠学研究中，可以防风 治沙；应用于农业气象的研究，比如风对农作物 倒伏，落花落果的影响的研究；应用于土壤水分 蒸发的试验研究；同时，还可应用于风对大气污 染物的扩散情况的的研究等等。
2011.10.21
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流体动力学（CFD）数值模拟
与风洞试验相比, 计算流体动力学(CFD)数值 模拟具有成本低、周期短、效率高等优点。而且, 其不受模型尺度的影响,可进行全尺度模拟,克服 了试验中难以满足的雷诺数相似的困难,可以方便 地变化各种参数,以研究不同参数的影响。CFD数 值模拟结果与网格划分、计算区域、湍流模型等 因素密切相关, 使用时必须严格注意。 随着计算机软硬件水平的飞速提高及流体力 学理论的发展,CFD数值模拟将会成为一种很有潜 力的方法。
2011.10.21 2
风洞的发展
• • • • • 低速风洞发展阶段。20世纪30年代前后，随着早期螺旋桨飞机的发展，为了探索 研究飞行遇到的诸多空气动力问题，工业发达国家开始建造大型低速风洞，如美国 建设了60英尺×30英尺全尺寸风洞等。 超声速风洞发展阶段。1905年德国普朗特、1925年斯坦顿先后在小风洞中建立了 马赫数1．5到1．7的超声速流。1956年美国建造了世界最大的超声速风洞，实验 段尺寸为4．88mx4．88m。 跨声速风洞发展阶段。20世纪40年代初，在风洞中进行近声速实验时，出现了壅 塞现象。1947年，美国建造了世界第一座跨声速风洞，为飞机突破音障奠定了基 础。 高超声速风洞发展阶段。20世纪50年代航天飞行器的发展，促使各类高超声速风 洞迅速发展，如激波风洞、热结构风洞、低密度风洞、电弧加热器、推进风洞、自 由飞弹道靶等，为运载火箭、飞船等航天工程发展奠定了基础。 航空风洞设备更新改造和其它专用风洞发展阶段。20世纪70年代，随着计算机技 术的发展，国外对早期建设的风洞进行了测量和控制技术改造，风洞的自动化程度 和生产效率大幅度提高；80年代末，许多重点风洞又对流场品质、模拟能力、试 验技术扩展等方面进行了更新改造；除航空航天领域外，一些汽车、大气边界层等 专用风洞得到发展。 风洞设备发展从数量规模转向能力品质发展阶段。20世纪90年代，随着经济全球 化和型号发展数量的减少，一方面，风洞设备在数量上呈现出过剩状态；另一方面， 又缺少能满足未来型号精细化发展要求的高性能风洞。因此，国外开始评估论证 21世纪航空航天发展对风洞设备的需求，探索研究新概念风洞。
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2011.10.21
风洞试验的缺点
风洞实验既然是一种模拟实验，不可能完全准 确。概括地说，风洞实验固有的模拟不足主要有 以下三个方面：
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。 ② 支架干扰：风洞实验中，需要用支架把模型支撑在气流中。 ③ 相似准则不能满足的影响：风洞实验的理论基础是相似原理。相似原 理要求风洞流场与真实飞行流场之间满足所有的相似准则，或两个 流场对应的所有相似准则数相等。最常见的主要相似准则不满足是 风洞的雷诺数不够。
2011.10.21
4ห้องสมุดไป่ตู้
风洞试验的优点
风洞实验尽管有局限性，但有如下四个优点： 1.能比较准确地控制实验条件，如气流的速度、 压力、温度等； 2.实验在室内进行,受气候条件和时间的影响小,模 型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便； 3.实验项目和内容多种多样，实验结果的精确度 较高； 4.实验比较安全，而且效率高、成本低。
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风洞试验在现实生活中的应用
2.低矮建筑的风洞试验
我国东南沿海地区台风活动频繁，台风也是主要的气象灾害之一。 历次风灾调查结果显示，极端风环境下被破坏的主要对象是低矮房 屋。国外已经开展了较长时间的有关低矮房屋风荷载特性的研究， 而且很多研究成果已经被风荷载标准设计所采用。最典型的是美国 德克萨斯理工大学的TTU模型——足尺标准模型。 通过研究发现，靠近屋角的屋面区域、屋面迎风边缘区域和屋脊等 处通常会在斜风下流体分离、再附的情况下出现风压的极值，所以 必须准确测量这些区域的风压。 我国东南沿海地区广泛采用的带挑檐的低层双坡房屋设计，在迎风 时，会对挑檐产生很大的向上的力，设计时应特别注意。
2011.10.21 5
风洞试验在现实生活中的应用
1.大跨度空间结构的风洞试验
随着科学技术的发展和施工工艺的进步, 各种外形美观、 结构新颖的大跨度空间结构广泛地应用于体育场馆、会 展中心、影剧院、机场航站楼等大型公共建筑中。大跨 度屋盖结构具有柔性大，阻尼小等特点，对风力的作用 比较敏感，风荷载也成为这一类结构设计中的主要控制 荷载。因此，需要进行风洞试验来确定设计所能承受的 风荷载，从而保证设计的安全性。主要方法有两种：一 是制作结构的气动弹性模型；二是制作成刚性模型。