风洞试验(精)
风洞试验方案
风洞试验方案一、引言风洞试验是航空航天、汽车工程、建筑等领域中必不可少的研究手段之一。
通过在风洞中对模型进行气动力测试，可以获取与实际情况相似的数据，从而评估设计方案的可行性和优化设计。
本文将介绍一种风洞试验方案，以期为相关研究提供参考。
二、目标本次风洞试验的主要目标是研究某型飞机机翼在不同飞行速度和攻角下的气动力性能。
通过测量机翼的升力、阻力、升力系数和阻力系数等参数，评估机翼的气动性能，并为后续的飞行器设计提供参考数据。
三、试验设备1. 风洞：采用水平流向风洞，具备可调节风速和风向的功能，以满足不同试验要求。
2. 模型：选择适用于飞机机翼的缩比模型，考虑到兼容性和可重复性，模型尺寸与实际情况保持一定比例。
模型制作材料要求具备良好的刚度和表面光滑度，以保证试验数据的准确性。
3. 数据采集系统：采用高精度的传感器和数据采集设备，能够实时记录模型在不同试验条件下的气动力数据。
同时，确保数据采集系统的准确性和稳定性，以避免数据误差对试验结果的影响。
四、试验步骤1. 模型准备：在试验开始前，对模型进行必要的准备工作，包括清洁模型表面、确认模型的尺寸和重量等，以确保试验的可靠性和重复性。
2. 试验条件设定：根据试验目标，设定不同的飞行速度和攻角组合。
在设定试验条件时，需要考虑模型受风洞流场影响的因素，如风洞尺寸、风洞流场均匀性等。
3. 实施试验：将模型放置在风洞中心位置，根据设定的试验条件进行试验。
在每组试验中，要确保模型的姿态稳定和位置准确，以保证试验数据的准确性。
4. 数据采集：在试验过程中，通过数据采集系统实时记录模型的气动力参数。
同时，应确保数据采集设备的稳定性和准确性，以保证试验数据的可靠性。
5. 数据分析：对采集到的试验数据进行处理和分析，计算升力系数、阻力系数等气动力参数，并绘制相关曲线和图表。
通过对数据的分析，评估模型在不同试验条件下的气动性能。
六、试验安全与注意事项1. 设备安全：确保风洞设备的稳定运行，避免发生故障或安全事故。
风洞试验
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。
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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。
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。
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。
风洞试验(精)PPT课件
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• 2．正式疲劳试验
• （1）疲劳试验前的静载试验 • 目的：对比构件经受反复荷载后受力性能有何变
化。 • 每级取上限荷载的20%，临近开裂值时应适当加
密，荷载持续作用时间：10～15min。卸载：分 两次或一次。或等变形加载。 • （2）疲劳试验 • 调节疲劳机上下限荷载，示值稳定后读取第一次 动载读数以后每隔一定次数读取数据。 • 根据要求可在疲劳过程中进行静载试验。 • （3）破坏试验 • ①加疲劳荷载至破坏，得出承受荷载的次数。 • ②静载破坏试验。
目前，国内对疲劳试验采取对构件施加 等幅匀速脉动荷载，借以模拟结构构件 在使用阶段不断反复加载和卸载的受力 状态。
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二、试验项目
1．对于鉴定性疲劳试验，在控制疲劳次 数内应取得下述有关数据，同时应满足 现行设计规范的要求。
（1）抗裂性及开裂荷载；
（2）裂缝宽度及其发展；
（3）最大挠度及其变化幅度；
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温度计 湿度计 气压计 差压计
终端
多通道图像 跟踪装置
低速数据 采集装置
CPU
低速数据 采集装置
图像 显示系统
系统控制台
数据 处理系统
光电式 位移计
单点式风速计 多点式风速计
风压 传感器
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振动 量测装置
应力 传感器
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六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
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§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
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一、风作用力对建筑物的危害
【精选】风洞试验-模型制作及实验步骤
实验模型的制作1.工程背景与概况本次实验旨在研究一拟建高层玻璃幕墙结构建筑的表面风压分布情况，为玻璃幕墙的设计强度、施工工艺和材料选用提供依据。
该高层建筑，高41层（120米），水平面为L 形，底部4层或作商用，上部37层为办公用房，整体采用钢结构，立面采用玻璃幕墙装饰。
基于该建筑的以上特点，风荷载成为其侧向控制荷载。
2.模型设计与加工建筑模型的设计与加工，应遵循“相似准则”，以实际高层建筑为原型，采用1:200的缩尺比，绘制完成建筑模型图、构件加工图，加工得到实物模型，具体步骤如下：（1）建筑模型图以拟建高层玻璃慕青结构建筑为原型，以1:200的缩尺比对长宽高三个方向进行等比例缩小，得到模型的各个立面图及俯视平面图。
同时，为满足测量建筑表面风压系数的需要，应对需要布置测压管的位置进行标记。
测压管的布置采取水平向均匀布点、竖直向取特征位置布点的方法，在模型顶面和四面共布置了234个测点，在图中以“十”字标记。
（2）构件加工图模型加工材料为4.5mm 厚的有机玻璃，首先在考虑材料厚度的前提下设计实验模型的拼装方法，再按照拼装方法计算各拼装构件的尺寸，最终获得各拼装构件的加工图及试验模型拼装说明图，以AutoCAD 文件输出。
（3）机械加工将设计好的构件加工图纸导入数控车床的控制系统中，以4.5mm 厚的有机玻璃板为原料在数控车床上加工出期望的拼装构件，并按照设计的数目在标记的测压管位置打出测压孔。
3.测压管的安装与编号模型拼装之前需要在其表面埋入内径为ϕ1mm的黄铜管，通过内径为ϕ1.4mm的乙烯树脂管与黄铜管及压力扫描阀进行紧密连接，再接到压力传感测量模型表面各测压点的风压。
测压管的安装步骤如下：（1）埋置测压管将测压管（内径为ϕ1mm的黄铜管）埋入有机玻璃构件上预先打好的测孔中，用502胶水粘接，为防止502胶水通过测孔渗入测压管中而将其堵塞，应该首先在模型表面粘上一层透明胶纸，要求测压管与模型表面保持垂直且平齐。
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五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。 为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是: 根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， max 求得破坏时荷载作用次数n，从 与 n双对数直线关系中 求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为标准疲劳极限 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
0.5 或 1.3
三、试验荷载
3．疲劳试验的控制次数
构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后， 抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范中有关 规定。 中级工制吊车梁：n=2×106次 重级工制吊车梁：n=4×106次
四、试验步骤
• 1．疲劳试验前预载 • 目的：消除松动及接触不良，压牢构件并使 仪表运转正常。 • 不大于上限荷载的20%，加1～2次。
接触式测振仪、差动式位移计、电阻应变式位 移传感器或百分表（停机作静载试验时）。
六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害
风是由强大的热气流形成的空气动力现 象。其特征主要表现在风速和风向。 风速和风向随时都在变化，风速有平均 风速和瞬时风速之分，瞬时风速最大可 达60m/s以上，对建筑物将产生很大的破 坏力，风向多数是水平向的，但极不规 则。
疲劳试验一般均在专门的疲劳试验机上 进行。 目前，国内对疲劳试验采取对构件施加 等幅匀速脉动荷载，借以模拟结构构件 在使用阶段不断反复加载和卸载的受力 状态。
二、试验项目
1．对于鉴定性疲劳试验，在控制疲劳次 数内应取得下述有关数据，同时应满足 现行设计规范的要求。 （1）抗裂性及开裂荷载； （2）裂缝宽度及其发展； （3）最大挠度及其变化幅度； （4）疲劳强度。
二、风荷载作用下的实测试验
实测试验就是建筑物在自然风作用下的状态，包括位 移、风压分布和建筑物的振动参数的测定。 风荷载可以看作是静荷载和动荷载的叠加。 对于一般刚性结构可看作是静荷载，对于高耸结构如 烟囱、水塔、电视塔、斜拉桥和悬索桥的索塔以及30 层以上超高层建筑物等视为动荷载。 通常选有强风发生的地区和有代表性的建筑物，同时 测出结构的顶部的瞬时风速、风向、建筑物表面的风 压以及建筑物在风力作用下的位移、应力和振动特性 等物理量，然后对大量的实测数据进行综合分析，得 出不同等级的风力对建筑物作用的影响程度，为结构 的抗风设计提供依据。
三、风洞试验
风洞试验：采用缩小模型或相似模型在专门的 试验装置内模拟风力试验。 1．试验装置
风洞是产生不同速度和不同方向气流的专用试验装 置。
2．量测系统方框图（见下图） 3．测试项目
（1）不同形式的风和不同风速作用下结构的应力、 位移、变形等； （2）不同形式的风和不同风速作用下结构的振动 动力特性。
2．应变测量
一般采用电阻应变片测量动应变，测点布置依 试验具体要求而定。 测试方法： 动态应变仪和记录器或静态应变仪等
பைடு நூலகம்
3．裂缝
裂缝的开始出现和微裂缝的宽度对构件安全使 用具有重要意义。因此，裂缝测量也很重要。 目前测裂缝的方法是利用光学仪器目测或利用 应变传感器电测。
4．挠度
温度计 湿度计 气压计 差压计
低速数据 采集装置
图像 显示系统
终端
CPU
系统控制台
多通道图像 跟踪装置
低速数据 采集装置
数据 处理系统
光电式 位移计
单点式风速计 多点式风速计
风压 传感器
振动 量测装置
应力 传感器
2．正截面的疲劳性能
（1）各阶段截面应力分布状况，中和轴 变化规律； （2）抗裂性及开裂荷载； （3）裂缝宽度、长度、间距及其发展； （4）最大挠度及其变化幅度； （5）疲劳强度的确定； （6）破坏特征分析。
三、试验荷载
1．取值
上限荷载Qmax是根据构件在最大标准荷载最不利组合下产生的弯 矩计算而得，荷载下限根据疲劳试验设备的要求而定。
• 2．正式疲劳试验
• （1）疲劳试验前的静载试验 • 目的：对比构件经受反复荷载后受力性能有何变 化。 • 每级取上限荷载的20%，临近开裂值时应适当加 密，荷载持续作用时间：10～15min。卸载：分 两次或一次。或等变形加载。 • （2）疲劳试验 • 调节疲劳机上下限荷载，示值稳定后读取第一次 动载读数以后每隔一定次数读取数据。 • 根据要求可在疲劳过程中进行静载试验。 • （3）破坏试验 • ①加疲劳荷载至破坏，得出承受荷载的次数。 • ②静载破坏试验。
2．速度
疲劳试验荷载在单位时间内重复作用次数（荷载频率）会影响材 料的塑性变形和徐变。另外频率过高对疲劳试验附属设施带来的 问题也较多。目前，国内外尚无统一的频率规定，主要依据疲劳 试验机的性能而定。 疲劳频率不应使构件及荷载架发生共振，同时，应使构件在试验 时与实际工作时的受力状态一致，为此荷载频率θ与构件固有频率 ω之比应满足：
§6-4 疲劳试验
一、概述 二、试验项目 三、试验荷载 四、试验步骤 五、疲劳试验的观测 六、试件安装
一、概述
1.疲劳的含义
结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的强度比其静力强度要 低得多的现象。
2.疲劳试验的目的
了解在重复荷载作用下结构的性能及其变化规律。
3.国内外对结构构件的疲劳性能的研究比较重视的原因