第二讲流体力学实验设备-风洞.pdf

第二章 空气动力学实验设备—— 风洞 §2.1 风洞简介 1.风洞:产生可控人工气流的空气动力学实验装 置。 2.风洞实验的基本原  流动的相似性 几何相似 运动相似 质量相似 动力相似 热力学相似 动力相似准则：St数（非定常性），Re数 （粘性）,Fr数（重力）,马赫数（压缩性） 1 3. 风洞的功能 （1）空气动力学和流体力学基础性研究  各种翼型的气动力特性：压缩性和粘性附面层的 影响，翼型上附面层的控制，激波与附面层的干扰和 传热的影响，三元机翼的气动力特性，飞行器再入大 气的气动热等空气动力学的基本规律  圆柱绕流、钝体绕流等流动特性和涡旋结构  大气扩散规律  湍流（各向同性湍流、边界层、可压缩湍流）流 动结构  为理论流体力学和计算流体力学提供实验资料 2 （2 ）工程性的实验项目  航空航天：飞行器或其他部件模型的升阻力实验、 压力分布实验、流场测量实验、颤振实验等，确定飞 行器的气动力特性，为气动设计提供科学依据  风工程：高层建筑物、高大烟囱、电视塔、桥梁、 大跨度结构物的风力载荷  交通：交通工具的气动阻力和稳定性实验  能源：风力发电、流体机械叶轮机性能  空调效率  环保工程：污染源扩散、环境评价、合理布局  计量工程：校测各种测速仪器 3 4. 风洞实验的优缺点 （1）优点  风洞的实验条件：如空气压力、温度、密度、速 度可以准确控制，控制风速较为方便。  利用率高。  实验模型和观测仪器都是固定不动的，便于流动 现象的观测，实验测量精度较高。  可将实验对象的各部件做成不同模型单独进行实 验。 4 (2) 局限性  不能保证和实际流场完全相似。风洞实验只能是 部分相似，不能满足所有的相似准则。 Re数： VL Re  马赫数：M V a 低速风洞中主要满足Re数相等。 超音速风洞中主要满足马赫数相等。 亚音速或跨音速风洞中很难兼顾，达不到所需Re 数。 5  风洞壁的干扰（边界干扰），模型支架的干扰，实 验段气流特性和实际流场的差异等 实验数据需要进行修正。 6 实验模型的安装支架 7 5. 风洞的分类 （1）按风洞实验段中气流速度V的大小来分  低速风洞：气流速度V100m/s，马赫数M0.3，分为回 流式和直流式，不考虑压缩性的影响，最常见的风洞。  高亚音速风洞： 马赫数0.3M0.8，外形与低速风动相 似，风扇驱动功率较大，一般为两级以上的轴流式风 扇，回流管道中需装冷却器或换气系统。  跨音速风洞：马赫数0.8M1.5，工作段双层结构，内 外层间称为驻室（压力可调）。内层壁面开有孔或槽， 消除模型激波反射现象和低超音速时的模型壅塞。