低湍流度风洞及其设计
可调低湍流度的低速风洞设计及低雷诺数下微型飞行器机翼绕流控制的数值模拟
上海大学硕士学位论文可调低湍流度的低速风洞设计及低雷诺数下微型飞行器机翼绕流控制的数值模拟姓名：李强申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：翁培奋;丁珏20060701同一个来源一翼型的拍扑；也不同于旋翼，因拍扑翼是一种三维运动，远远要比旋翼复杂。
由于要实现拍扑十分困难，不论大型还是微型的，目前为止，没有持续的飞行成功的扑翼式飞行器（目前，ｃａｌＴｅｃｈ所设计的扑翼式微型飞行器仅能飞行约４０秒）。
这种飞行器的设计采用仿生学原理，仿效了自然界中很多对象的飞行，如各类虫、鸟等都是利用它们翅膀做拍扑运动的同时产生推力和升力。
如图１．２中左图所示，图中给出的是爱普生公司研制的飞行机器人模型ｉＦＲ－ＩＩ。
这款机器人具有蓝牙无线控制独立飞行功能和“全球最小及最轻的陀螺仪传感器”，另外该机器人还带有一个可以捕获和将空中图像传输到地面监视器中的图像传感器。
这款机器人直径为１３６毫米，高８５毫米，不计电池重８．６克，其一次可以飞行大约３分钟【６】。
图１．１固定翼式ＭＡＶＳ［５】（自左向右，ＡｍＶ曲ｎ∞ｔ公司的‘＂ＢｌａｃｋＷｉｄｏｗ”，Ｍｕ｝的“Ｔｒｏｃｈｏｉｄ＂，佛罗里达大学的柔性机翼微型飞行器）图１－２旋翼式微型飞行器嗍（左）和扑翼式微型飞行科７１（右）微型飞行器与大型飞行器的空气动力学特性有着很大的区别【８】，这主要体现在以下几个方面。
§１．２．Ｉ低雷诺数大型飞行器的雷诺数很大，所受到的空气粘性影响很小，其作用在一般情况下可以忽略，所以大型飞行器凭借机翼升力可以很容易就飞起来；而微型飞行器由于尺寸微小，飞行速度又较低，所以相应的雷诺数也就很小，而且升阻比往往随着Ｒｅ数的降Ｑ，＝Ｇ＝Ｃｌ＝１４４００（ｍ３／ｈ）（４）斜流式风机的选取根据前面已经求得的风机的功率Ⅳ及风机的风量，选择一台合适的标准斜流式风机。
经广泛调研后，确定型号为￥１Ｇ低噪声斜流式风机７．Ｏｓ。
其风量为Ｑ，＝１８０００ｍ３／ｈ，噪声水平为６４ｄＢ，功率为Ｎ＝３．０Ｋｗ，风机内径７００ｍｍ。
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。
电力半导体散热器热阻流阻测试风洞设计
电力半导体热阻流阻测试风洞设计摘要本文设计了一套用于电力半导体热阻流阻测试的低速直流风洞。
介绍电力半导体的基本状况，及测试电力半导体热阻流阻的方法和测试系统，采用风冷系统，其中风洞是设计关键。
由风洞的使用要求，结合安装场地的安装条件建造了一座直流风洞。
文章中主要介绍了风洞的基本概况，风洞的基本设计理论,以及风力机实验的相关知识。
详细的计算了该风洞的压力损失，选择了合理的动力系统，并设计了风洞的图纸。
关键词：低速风洞；流动损失；散热器中图分类号：TH122Design Wind Tunnel Power Semiconductor Heat-sink ThermalResistance and Flow Resistance TestAbstract：This paper designed a thermal flow resistance for power semiconductors speed DC wind tunnel testing. Introduced the basic situation of power semiconductors and power semiconductor thermal flow resistance test method and test system that uses air cooling system, which is designed wind tunnel key. The use of the wind tunnel requirements, combined with the installation site conditions for the construction of a DC installed wind tunnel. Article introduces the basic overview of the wind tunnel, the wind tunnel of the basic design theory and experimental knowledge of the wind turbine. Detailed calculation of the pressure loss of the wind tunnel, select a reasonable power system, and designed wind tunnel drawings.Keyword：Low speed wind tunnel，Flow loss ，RadiatorClassification:TH122符 号 表0A 实验段进口面积2m 0K 当量压力损失系数 1A 进口面积2m Re 雷诺数 2A 出口面积2m β 阻尼网的开孔率 e d 水力直径m λ 摩擦阻力系数 0V 实验段的进口速度m/s R E 风洞能量之比 α 当量扩散角° F 蜂窝器堵塞度 0P 大气压强Pa K 压力损失系数 ρ 气流密度3kg mμ 动力粘性系数 2NS m目次摘要 (I)Abstract： (II)符号表 (III)1.序言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 电力半导体发展 (2)1.2.2电力半导体热阻流阻测试 (2)1.2.3风洞实验 (3)1.3主要研究内容 (4)2设计方案 (5)2.1总体方案 (5)2.2风洞的主要组成部分 (5)2.2.1动力段 (5)2.2.2扩散段 (5)2.2.3稳定段 (6)2.2.4收缩段 (7)2.3 风洞气动外形设计 (7)2.3.1参数要求 (7)2.3.2风洞的气动设计 (7)2.4试验段设计 (8)2.4.1试验段口径与截面形状 (8)2.4.2试验段型式与长度 (8)2．5稳定段设计 (9)2.5.1稳定段直径和收缩比 (9)2.5.2蜂窝器 (10)2.5.3阻尼网 (11)2.6收缩段设计 (13)2.6.1收缩段长度 (13)2.6.2收缩曲线 (14)3 压力损失及风机选择计算 (15)3.1 风洞能量损失研究的意义 (15)3.2 压力损失计算原理 (15)3.3 风洞压力损失计算步骤 (16)3.3.1 气流密度和动力粘性系数 (16)3.3.2 动力段 (16)3.3.3 扩散段 (17)3.3.4 稳定段 (19)3.3.5 收缩段 (20)3.3.6 试验段损失 (21)3.3.7 进出口压力损失系数 (21)3.3.8 总的压力损失系数 (21)4总图与课题总结 (22)参考文献： (23)附录：学位论文数据集 (24)1.序言1.1课题背景和意义风洞指能够人工产生和控制气流来模拟飞行器或这模型周围气体的流动，可量度气流对物体的作用和观察物理现象的一种管道试验设备，也是航空航天飞行器研制，桥梁、车辆、建筑等的研制以及环境保护、发展体育等方面重要试验手段。
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。
低速风洞课程设计
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：郭群超老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。
实验流体力学-4.风洞
例如，当汽车速度达到180km/h时，空气阻力可占总 阻力的1/3。对小汽车模型进行风洞试验，合理修形。 可使气动阻力减小75%。对建筑物模型进行风载荷 试验，从根本上改变了传统的设计方法和规范，大 型建筑物如大桥、电视塔、大型水坝、高层建筑群 等，己规定必须要进行风洞试验，而且模型必须模 拟实物的刚度 (即弹性模型)，测量"风振特性"。这 方面已有教训。1940年，美国塔科马(Tacoma)大桥， 一座大型钢索吊桥，因为并不很大的风载荷，导致 桥体强迫振动和共振，引起断塌，因而受到学界广 泛重视。对于大型工厂、矿山群，也要做成模型， 在风洞中进行防止污染和扩散的试验。
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。
第三章 风 洞 （Wind Tunnel）
在实验室内进行模型试验，必须创 造一个可调节的均匀气流场。而风洞就 是产生这个均匀气流场的气动设备。实 质上是一个特殊设计的管道。 本章主要介绍低速风洞、超音速风 洞、跨音速风洞的基本工作原理和气流 特点。
主要内容
风洞的发展 风洞试验模拟的不足及其修正 风洞类别 低速风洞 超音速风洞 跨音速风洞 风洞发展动向
（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。
最新小型车1：5模拟风洞试验室设计
小型车1：5模拟风洞试验室设计摘要本设计是在市场的需求下，通过对国内外现有的汽车风洞进行调研和分析，设计一座具有低湍流、可变湍流度、低噪声等特色的小型车1：5风洞实验室。
在风洞的设计过程中，对其主要部件进行了详细的计算。
风洞建成后，结合实验室内先进的测量手段，除了能满足模型的测压、测速、流态观测等教学外，还可以利用该风洞进行从事桥梁、环境污染等工业空气动力学研究工作。
进行汽车研究，汽车风洞是必不可少的试验设备。
汽车风洞建设对汽车空气动力学发展意义重大，没有汽车风洞，也不能很好推动整个国家的汽车工业向前发展。
而汽车风洞的主要任务是正确模拟气流流经汽车车体表面的流态以获得准确的实验数据，实验数据的精确与否决定了汽车气动外形设计的成败。
因此，汽车风洞实验能促进汽车空气动力学研究，进行汽车空气动力学研究将能够给我国带来巨大的燃油节省，具有非常大的经济效益和社会效益。
关键词：1：5；小型车；风洞；低湍流；实验ABSTRACTThis design is in the demand of the market , Through the domestic and international existing automobile wind tunnel research and analysis , Design with a low turbulence, variable turbulence intensity, low noise characteristic of small cars 1:5 wind tunnel laboratory . The design process in wind tunnel , Its main parts made detailed calculation. Wind tunnel after the completion of the , Combining the indoor advanced measuring method , Besides can satisfy model of speed, measure pressure, flow pattern observation on teaching outside , Still can use on the wind tunnel in Bridges, environmental pollution and other industrial air dynamics research work。
低速风洞实验在气动优化中的应用
低速风洞实验在气动优化中的应用随着现代科技的快速发展，气动设备在各个领域中的应用越来越广泛。
在航空、汽车、船舶、建筑等方面，气动优化的需求也越来越高。
对于气动优化来说，通过低速风洞实验进行模拟分析是一种较为常见的方法。
低速风洞实验可用于测试、观测、分析各种流体力学现象，从而对气动设备进行优化。
一、低速风洞实验及其原理低速风洞实验是评估机翼和其他航空器构件性能的主要方法之一，同时也是各种共振结构、车辆和建筑物外形模型的优化形状设计的工具之一。
低速风洞实验的原理是通过使用一个加速气流来模拟现实中的行车、飞行和流体运动。
风洞内的模型是按照实际大小和比例制造，通过调整风洞的参数来模拟不同的外部条件，例如空气流动的速度、温度、湍流等信息。
通常，低速风洞实验的流速范围为30 m/s至飞行速度以下。
为了达到低速风洞实验的目的，风洞室内必须具有恒定气流、无湍流、无旋转流等特点。
为了进一步确保实验过程中的稳定性，风洞室内还需要对气流流向控制、气象环境进行管理等。
二、低速风洞在气动优化中的应用在各种气动设备中，低速风洞实验的应用尤其重要。
通过低速风洞实验，气动设备的设计和制造过程可以更加准确和高效。
在飞机和汽车的气动优化、建筑物外形设计中，低速风洞实验特别常见。
1. 飞行器气动特性优化飞行器受空气流动的影响非常大，因此在航空器的设计、制造及测试阶段，气动参数的优化至关重要。
低速风洞实验是评估机翼和其他航空器构件性能的主要方法之一。
例如，对于飞机机翼的气动优化，可以通过低速风洞实验控制风速和风向等参数来进行气动力测试，以寻找更优秀的翼型和气动表现。
2. 汽车气动特性优化在汽车制造过程中，低速风洞实验主要用于汽车外形的风险分析和优化设计。
通过低速风洞实验对汽车外形进行测试，可以掌握汽车在行驶时的风阻及其产生的气动力特性，从而优化整车的设计。
3. 建筑外形设计在现代建筑设计中，建筑外形设计不仅要注重美观、时尚，也要考虑到气动力学因素。