风洞综述(实验流体力学课程设计)
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。
流体力学实验风洞
拐角：一般风洞设计中气流要通过四个90的拐角。 气流经过拐角时容易发生流动分离，产生旋涡，造成 流动不均匀和脉动。能量损失大。
在拐角处需布置导流片，采用大弯度的翼型。 回流段：作为气流的回路，同时起扩压的作用，面 积逐渐扩大。 风扇段：使通过风扇的气流恢复平直，风扇后需装 置反扭导流片和整流罩等。
流体力学实验理论
第六章 气动力学实验设备——风洞
§6.1 风洞简介 1.风洞:专门设计的一种特殊管道，采用适当的
动力装置在管道中产生可控的人工气流，用来进行 各种类型的空气动力学实验。
2.风洞实验的基本原理 流动的相对性 流动的相似性
几何相似 运动相似 动力相似 动力相似准则：Re数（粘性）,Fr数（重力）, 马赫数（压缩性）
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§6.5 汽车风洞
汽车风洞的主要作用： 优化造型，降低风阻，降低油耗 提高汽车行驶安全性和操纵稳定性 控制汽车内外空气动力噪声 汽车发动机冷却系统、空调试验、车窗去雾防霜等环 境试验
风洞实验是汽车设计制作过程中的重要环节。 汽车风洞一般分为： 模型风洞 全尺寸风洞 气候风洞 同济大学已建设国内第一座全尺寸（整车）汽车风洞。
收缩比n：收缩段进口大截面与出口小截面的面积 之比。
收缩比越大，收缩段出口气流的速度分布越均匀， 湍流度越低。能量损失大，造价也越高。
一般低速风洞的收缩比为4~10。 低湍流度风洞：采用大的收缩比。 光滑过渡的收缩曲线：维托辛斯曲线
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维托辛斯曲线：
R
R0
[1 ( x )2 ]2
1 [1
(
R0 R1
部分相似，不能满足所有的相似准则。
Re数：Re V L
马赫数：M V 低速风洞中主a要满足Re数相等。 超音速风洞中主要满足马赫数相等。
风洞设计
低速风洞气动特性设计（2）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、课程设计要求能正确运用有关学科的基本理论解决工程实际问题。
图纸符合规范，清楚，整洁。
设计说明书中文字、数字和插图表达清晰正确。
设计中对工艺性、经济性作了考虑。
工作态度认真负责，按时、独立完成指定的设计任务。
三、设计风洞任务要求 1) 风洞实验段要求：开口2) 实验段进口截面形状：椭圆形 3) 实验段进口截面尺寸：1.5m4) 实验段进口截面最大风速：50m/s 5) 收缩段的收缩比：5四、风洞设计说明书根据实验段进口截面尺寸判断：我们小组所设计风洞为小型风洞1、实验段设计实验段是整个风洞的中心，模型装在此处进行实验。
衡量风洞气动力设计及施工的质量主要从两方面来看：实验段气流的流场品质；风洞工作的效率。
实验段的气流品质是风洞各部分工作的集中体现。
实验段截面形状选择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。
实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及长方形等。
在相似的稳定段情况和相同的收缩比下，椭圆形截面的气流最为均匀，即均匀区所占的比例最大，圆形次之，长方形再次之；从洞壁干扰的情况来看，对于相同的模型展长洞宽比，椭圆形的升力干扰最小，长方形次之，圆形再次之。
因此，我们所设计实验段椭圆形截面有流场均匀、气流品质好、洞壁干扰小的优点。
但，从施工和安装来讲，椭圆形不方便，这也是弊端所在。
实验段截面尺寸选择椭圆截面按照长轴短轴比3:2设计，则长轴长1.5m ，短轴长1m 。
设长半轴为a ，短半轴为b ，则a=0.75m,b=0.5m定义椭圆截面水力直径椭圆椭圆C S D ⨯=40，且)(4b 2,b a C ab S -+==ππ椭圆椭圆求得：m D 14.10=实验段开口式、闭口式的选择本实验任务要求采用开口式，优点在于：安装模型及进行实验方便；在相同的模型和风洞尺寸关系下，开口实验段的边界层干扰要小得多。
实验流体力学风洞
3.4 低速风洞
低速风洞实验段Ma<0.4，按实验段尺寸大 小可分为：
D＝几十毫米的微型风洞； D=1－1.5m的小型风洞； D＝2－4m的中型风洞； D>8m以上的大型风洞。
(1) 低速风洞用途
航空航天：飞行器实验、低速空气动力学实验 风工程 环境风洞
（2）国内一些大型低速风洞性能表
（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。
（2）支架干扰
风洞试验中，需要用支架把模型支撑在气流 中。支架的存在，产生对模型流场的干扰， 称为支架干扰。虽然可以通过试验方法修正 支架的影响，但很难修正干净。近来，正发 展起一种称为"磁悬模型"的技术。在试验段内 产生一可控的磁场，通过磁力使模型悬浮在 气流中。
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。
流体力学实验风洞
根据实验要求选择合适的测量设备， 并确保其精度和可靠性。
测量设备用于采集实验数据，包括压 力、速度、温度、湿度等参数，以及 流场显示和记录设备。
控制系统
控制系统负责对风洞进行全面监 控和调节，包括气流速度、压力、
温度等参数的控制。
控制系统通常采用自动化和智能 化技术，实现远程控制和数据采
集，提高实验效率和准确性。
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控制系统的稳定性和可靠性对风 洞的性能和实验结果具有重要影
响。
03
风洞实验的准备与操作
实验前的准备
实验设备检查
确保风洞设备完好，无故障， 所有部件都已正确安装。
实验材料准备
根据实验需求，准备合适的模 型、测量仪器等。
实验环境设置调整风洞内的温度、湿度等环境参数，确保实验条件的一致 性。
安全措施
风洞的种类
根据气流类型，风洞可分为直流式风洞和回流式风洞。直流 式风洞气流单向流动，主要用于模拟自由流场；回流式风洞 气流循环使用，主要用于模拟受限流场。
根据实验段截面形状，风洞可分为圆形风洞、矩形风洞和不 规则形状风洞等。不同截面形状的风洞适用于不同的实验需 求。
风洞的应用
风洞在航空航天领域应用广泛， 用于研究飞行器气动性能、气 动布局、飞行姿态等。
风洞也可用于汽车工业，研究 汽车空气动力学性能、造型优 化、风噪控制等。
此外，建筑、环境工程等领域 也广泛应用风洞进行流体动力 学实验。
02
风洞的构成
驱动系统
驱动系统是风洞的核心部分，负责产生和控制气流，为实验提供动力。
常见的驱动方式包括电动、气动和液压驱动等，根据实验需求选择合适的驱动方式。
高层建筑风洞实验与流体力学设计技术应用
高层建筑风洞实验与流体力学设计技术应用引言随着现代城市的快速发展，高层建筑的数量与高度也不断增加。
而在设计和建造高层建筑时，风力是一个不可忽视的因素。
高层建筑不仅要能够承受自身的重量，还要能够抵御风力的作用。
因此，高层建筑的风洞实验与流体力学设计技术应用变得至关重要。
高层建筑风洞实验风洞实验是研究流体力学问题的重要工具之一，凭借其可控的实验环境，能够模拟真实世界中的风场情况。
在高层建筑的设计过程中，风洞实验可以帮助工程师了解建筑物在不同风速和风向下的力学响应。
通过风洞实验，工程师可以获得以下信息：•高层建筑在不同风速下的风压分布情况•高层建筑的气动力特性，如升力、阻力等•高层建筑与周围环境的相互作用•高层建筑的结构响应，如位移、振动等通过风洞实验获得的这些信息可以为高层建筑的设计和施工提供依据，确保建筑的结构安全性。
高层建筑流体力学设计技术应用在高层建筑的设计过程中，流体力学的理论和技术也起着至关重要的作用。
通过流体力学的设计原理，工程师可以优化高层建筑的结构和形状，使其在风场中表现出更好的气动性能。
以下是一些流体力学设计技术的应用：空气动力学分析空气动力学分析是指利用数值计算方法和计算流体力学模拟，对高层建筑在风场中的运动进行预测和分析。
通过空气动力学分析，工程师可以调整建筑的形状、角度和细节设计，以减小风阻和气动力，提高建筑的稳定性和抵御风力的能力。
风洞模型测试风洞模型测试是指将高层建筑的缩比模型放置在风洞中进行实验，通过观测模型在不同风速下的力学响应，来预测实际建筑的行为。
风洞模型测试可以直观地观察到建筑在风场中的振动、变形等情况，为工程师提供了有价值的数据。
结构优化设计结构优化设计是指通过调整和优化建筑的内部结构，使其在风场中具有更好的抵御风力的能力。
通过流体力学的设计方法，工程师可以最大程度地减小建筑的动态响应和应力集中，提高建筑的稳定性和使用寿命。
被动控制技术被动控制技术是指通过在建筑结构中加入一些被动元件，如阻尼器和减震器等，来减小建筑的振动和响应。
流体力学中风洞实验的基本操作教程
流体力学中风洞实验的基本操作教程一、引言流体力学中的风洞实验是研究气体和液体流动行为的重要工具之一。
通过在实验室内部模拟大气环境中的气动流动，研究者可以观察和测量不同物体在流体中的受力和运动情况。
风洞实验在航空航天、汽车工程、建筑物设计等领域具有广泛的应用。
本文将为您介绍流体力学中风洞实验的基本操作步骤和注意事项。
二、风洞实验设备及组成部分1. 风洞：包括进风道、试验段和排风道。
2. 进风系统：用于提供实验所需的气流，包括获得高速气流所需的风机、引风道和加速器。
3. 试验段：用于安装和测量不同物体或模型的力学和流体力学性质。
4. 测量仪器：包括压力传感器、风速仪、雷诺数计等，用于记录和分析实验数据。
三、风洞实验的基本操作步骤1. 确定实验目标和设计实验方案在进行风洞实验之前，首先需要确定实验的目标和所需测试的参数。
然后，设计实验方案，包括选择适当的模型、确定实验条件（如流速、压力等），并考虑相关数据采集和分析方法。
2. 准备试验设备和工具检查风洞设备的状态，确保其正常运行。
清洁试验段，保证工作通道内无杂物和减小因堵塞而产生的气流扰动。
3. 安装模型并进行预实验根据实验方案，选择并安装相应的模型。
安装时要确保模型的稳定性，并注意避免模型表面的几何非均匀性对实验结果的影响。
进行预实验时，逐渐增加流速，观察模型的运动情况，并进行必要的调整，以确保后续实验的准确性。
4. 调整实验参数根据实验要求，调整实验参数，如流速、温度等。
通过风速仪、温度计等仪器对实验段内的流速和温度进行准确测量，并进行必要的校正。
5. 进行实验并记录数据在实验过程中，应严格按照实验方案要求进行操作。
记录数据时，可使用压力传感器、流速仪等测量仪器获取相应的气动力学参数和流体力学数据。
同时，为了提高实验结果的准确性，可进行多次实验，并取平均值进行分析。
6. 数据分析和结果验证根据实验获得的数据，进行数据处理和分析。
应注意排除异常数据和误差来源，并计算得出最终的实验结果。
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实验空气动力学课程设计(风洞综述) .概念及原理
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，它是空气动力学实验最常用、最有效的工具。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。
原理:
用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。
为确保实验准确模拟真实流场，还必须满足相似律的要求。
但由于风洞尺寸和动力的限制，通常只能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。
.风洞发展简要回顾
风洞设备的发展大致经历了低速风洞发展阶段、超声速风洞发展阶段、跨声速风洞发展阶段、高超声速风洞发展阶段、风洞设备更新
改造和稳定发展阶段、风洞设备发展适应新需求、探索新概念风洞发展阶段。
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。
三.近期风洞改造和建设
工业生产型风洞的更新改造最主要特点是风洞设计的多功能性、可扩展性、技术的先进性，风洞建设也呈现出创新的特点。
主要包括：吸收试验段内的大部
分噪声, 提高风洞试验Re或模拟能力等。
另外还有：感应热等离子体风洞（通
过高频电发生器以感应偶合的方式将亚声速或超声速射流加热到极高温度（5000C〜10000C）,这种等离子风洞主要用于防热研究）
四.风洞发展的未来趋势
1）“安静”气流风洞
不仅气动声学风洞需要“安静”的风洞，高品质的任何类型风洞都
需要“安静”的风洞。
2）亚声速高升力飞行风洞风洞Re模拟能力直接影响试验数据的准确性。
经过多年论证研究,
NAS提出了高升力飞行风洞（HiLiFT ）的概念。
它是利用磁悬浮推进技术推动试验模型在含有静止气体介质（空气或氮气）的管道中运动,
气体介质可以实现温控和增压，满足现有大型全尺寸飞机低速高
要求。
3）跨超声速等离子体风洞
等离子体具有隐身、减阻、流动控制等方面的功能。
开展等离子空 气动力学研究需要等离子体风洞。
等离子体风洞主要有：微波驱动式 等离子体风洞、电弧式等离子体风洞、感应热等离子体 风洞等。
4）高超声速试验与评估风洞
美国正致力于发展吸气式高超声速飞行器 （Ma 为10~12）,在20世纪90 年代初开始研究能够满足吸气式飞行器模拟需要的高超声速试验评
估风洞。
美国计划首先研制中等尺度的高超声速试验评估风洞, 验段直径1.5~2m,长6m 能够基本满足高超声速巡航导弹、吸气式发 动机部件等试验需要，并为下一步研制大尺度高超声速试验评估风洞 做好技术储备。
5）数值风洞
数值计算与风洞试验相结合提高了型号研发的效率、 减少了风险、降 低了成本。
随着计算机计算能力的进一步提咼，数值计算技术、虚拟 现实技术和仿真技术的进一步发展和融合， 工程实用的数值风洞将得 以实现。
五. 某些技术已从研究转入实用，风洞的生产能力和精细化 水平显著提高
1)低速风洞中的压敏漆技术
在风洞试验中 ,压敏漆技术 (PSP) 是模型表面压 力测量的有效手段 , 它在很大程度上简化了测压模型 的制造, 能够快速获得模型大面积的压力分布。
自上 个世纪80 年代以来, 压敏漆技术主要用于跨、超声速 工业生产型风洞 ,压力系数测量精度达到了 0. 01 ; 在 高超声速领域 , 由于压敏漆技术对温度的敏感性以及 高超声速风洞运行时间短等条件的限制 , 压敏漆技术 的应用十分困难 ;在低速风洞中 ,由于模型表面压力 较低, 压敏漆技术受到测试精度的困扰但该技术在 低速领域的应用对飞机、地面运输车辆的测压试验 具有重大经济效益。
Re
其试
2)PIV、LLS 等技术在大型风洞中得到应用
激光片光(LLS) 、粒子图像测速技术(PIV) 等半定量、定量流场测量技术已成为大型生产型风洞的非接触流场测量手段, 在固定翼和旋翼飞行器研究中发挥了重要作用。
3)虚拟现实技术
虚拟现实技术使用计算机三维模拟技术详细逼真地虚拟风洞试验段结构构造、模型支撑机构等, 并能模拟机构的动态响应。
六. 风洞运营与管理机制的创新
工业生产型风洞的生存必须具备三个条件：1）满足型号研制求的风洞模拟能力和先进风洞试验技术；2）高效的风洞试验生产率；3）具有竞争力的风洞运行价格。
采用了现代企业管理模式, 负责风洞的运营。
设备的配套化、专业化和人员技术力量的增加大大提高了效率。
也有将风洞分为研究型风洞和生产试验型风洞。
研究型风洞根据科学研究的需要和特点运行管理相对灵活。
生产试验型风洞按企业运营模式，从而使风洞生产效率很高，在国际风洞试验市场具有很强的竞争力。