《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 Body
1932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
ξ
εδγβαμρg n D V F d
= (1)
式中：ξεδγβα,,,,,为待定指数。将上式各参数采用三个基本量纲（质量M 、长度L 和时间T ）来表示，便得到如下量纲形式的恒等式：
()ξ
ε
δγβα??
? ????
? ????? ????? ????? ??=232
1T L LT M T L T L L M T ML d （2）
令对应的指数相等，由上式可得到下列三个独立的方程
:M εα+=1
:L ξεγβα+-++-=31 :T ξεδβ22----=-
可将γβα,,由另外三个参数来表示，即
εα-=1
ξδεβ22---= ξδεγ++-=2
即
ξεδξδεξδεεμρg n D V F d
++-----=2221
将上式按“指数”合并，即
ξ
ε
δ
ρμρ?
?? ??????? ?
???
?
?
??=222V Dg DV V Dn V D F d
即
ξ
ε
δ
ρμρ??
?
??????
? ?
????
? ??=22
2V Dg DV V Dn V D F d
需要说明的是，上式左边对应于我们熟悉的三分力系数的表达式。上式右边的三个量则
为我们所熟悉的三个无量纲参数：
V
Dn
、DV ρμ
、2
V
Dg
。
讨论：
m
P V Dn V Dn ??? ??=??? ?? 1） 斯脱罗哈数：V Dn St s
=（s n 为从截面尺寸为D 钝体脱落出旋涡的频率）； 2） 折算频率：V
Dn n m
red
=（m n 为结构的振动频率，相对于绕结构速度为V 的定常流的折 算频率）；
3） 折算速度：m
red Dn V
V =
（m n 为结构的振动频率，相对于绕结构速度为V 的定常流的折 算速度）；
4） 莫宁（Monin ）坐标：V
Zn
f =
（n 为风速脉动分量的频率，V 为平均风速，Z 为离地高度）。
m
P DV DV ????
??=???? ??ρμρμ （L V λλ/1=）
雷诺数ν
μρVD
VD R e ==
，对于风洞试验，该条一般很难满足。对于钝体断面，雷诺数的影响究竟如何，有待于进一步研究；
m
P V Dg V Dg ???
??=??? ??22 弗劳德数Dg
V F r 2
= （L V λλ=）
相似准则：在模型试验中，只要保证这三个无量纲参数对模型和实际结构是相等的，
即可真实反应结构的实际规律。这也是桥梁、结构工程风洞试验的理论基础。
注：几何相似应包括几何外型相似和振动模态、振幅的相似。这对于结构风洞试验的结果应用与推广具有十分重要的意义。
第二章风洞介绍
（详细参考《桥梁风工程》第9.1节）
第三章桥梁风洞试验方法3.1 桥梁结构风洞试验的目的及意义
哪些桥梁需要进行风洞试验？
大跨度桥梁为什么要进行风洞试验？
通过风洞试验可以得到哪些有意义的结论？
“桥梁节段模型风洞试验”简介
一概述
桥梁结构一般为柔长结构，在一个方向上有较大的尺度，而在其他两个方向则相对尺度较小。风对桥梁结构的作用近似得满足片条理论，可通过节段模型试验来研究桥梁结构的风致振动响应。
通过桥梁节段模型试验，可以测得桥梁断面的三分力系数、气动导数，为桥梁结构的抗风分析提供参数；同时通过节段模型试验对桥梁结构进行二自由度的颤振临界风速试验实测和涡激振动响应。在大跨度桥梁结构初步设计阶段一般都要通过节段模型试验来进行气动选型；对于一般大跨度桥梁结构也要通过节段模型试验来检验其气动性能，因此桥梁结构节段模型试验是十分重要的桥梁结构模型试验，也是应用最为广泛的风洞试验。节段模型试验根据其测试响应的不同可以分为测力试验和测振试验；根据节段模型试验悬挂方式的不同可以分为刚性悬挂节段模型试验、强迫振动试验和弹性悬挂节段模型试验。
测定桥梁结构的非定常气动力特性（气动导数、气动导纳）以及在非定常气动力作用下的稳定性和振动响应（颤振和涡激共振）。测定桥梁结构主梁断面在非定常气动力作用下的表面压力分布状态，分析不同时刻的主梁断面压力分布变化情况。
通过弹簧和支承装置将主梁刚体模型悬挂在风洞内，并使其能产生竖向平动及绕节段模型截面重心转动的二自由度运动。支承装置应具有改变模型攻角和约束任一自由度的机构，并可根据需要设置附加阻尼装置用于改变弹性悬挂系统的阻尼。弹性悬挂节段模型支承方式见图1-1。
图1-1 弹性悬挂节段模型支承
弹簧悬挂二元刚体节段模型风洞试验除了要求模型与实桥之间满足几何外形相似外，原则上还应满足以下三组无量纲参数的一致性条件：
●
弹性参数：
b U B ω，t U
B ω或t b
ωω(频率比) ●
惯性参数：
2m b ρ，4m J b ρ或r b
(惯性半径比) ●
阻尼参数：b ζ,t ζ(阻尼比)
其中：U 为平均风速，b ω、t ω分别为弯曲和扭转振动固有圆频率，B 为桥宽，b 为半桥宽，m 、m J 为单位桥长的质量和质量惯性矩，ρ为空气密度，r 为惯性半径，b ζ，t ζ分别为竖向弯曲、扭转振动的阻尼比。表1-1给出了按以上相似条件得到的模型系统的设计参数。
表1-1 节段模型参数缩尺比
注：表中的m 值可根据风洞风速范围任意选取。
试验的攻角范围一般为 3±，特殊情况（如主梁有超高角）时可取为
5±，攻角变化
步长为
1。根据试验目的的不同可分别在均匀流场和紊流风中进行。试验风速范围应至少达到换算到试桥实桥时的颤振检验风速或使主梁产生
1~
5的扭转振幅、梁宽的1/100~1/20的竖向振幅。试验结果以攻角为参数的气动阻尼—折算风速、气动导数—折算风速、振动响应——风速等关系曲线表示。
3.3 全桥气弹模型风洞试验方法
悬索桥气弹模型设计流程 1）全桥气弹模型设计的基本原则
2）确定模型的主缆弹簧钢丝直径及模型缩尺比 3）主缆配重设计（外形、气动力、质量相似） 4）主梁模型设计（质量、刚度、外形） 5）桥塔模型设计（质量、刚度、外形） 6）边界条件设计与模拟 斜拉桥气弹模型设计流程 刚构桥气弹模型设计流程 拱桥气弹模型设计流程
参考文献
1． 埃米尔 ? 希缪，罗伯特 ? H ? Scanlan. 风对结构物的作用——风工程导论,同济大学出版
社，1992年
2． 陈政清 桥梁风工程， 人民交通出版社，2005年
作业：针对一座大桥，自己进行结构动力特性的分析，在此基础上进行节段模型
风洞试验的设计，提交节段模型风洞试验设计报告书。
附件节段模型设计示例
一青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计
1.全桥结构动力特性分析结果
采用大型有限元分析程序ANSYS对青岛海湾大桥成桥状态进行结构动力特性分析，与节段模型风洞试验相关的主要振型、频率及等效质量见表2-1。
表2-1 青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥结构动力特性及等效质量
由于节段模型风洞试验是将桥梁结构系统简化为弯扭耦合的两自由度系统，因此，对于
每一自由度均可以看作一个单自由度振动体系。对于单自由结构振动体系，其振动频率为：
m
k
=
ω，可以得到对应桥梁在成桥状态各阶振型对应的振动系统刚度。 2. 颤振试验频率比确定
根据桥梁成桥状态的颤振检验风速为69.1m/s 的实际情况，并结合桥梁颤振检验风速的估算值，取实桥颤振试验风速范围为0~140m/s ，对应的模型试验风速区间初步确定为0~20m/s ，初步确定相应的风速比为7/1/=m p U U ，考虑到弹性参数的相似，
弹性参数：
b U B ω，t U
B ω或t b
ωω(频率比) 即节段模型频率比为5714.37/25/==p m f f
3. 涡振试验频率比确定
根据桥梁成桥状态和施工状态的桥梁设计风速分别为44.5m/s 和37.4m/s 的实际情况，取实桥涡激共振试验风速为0~45m/s ，对应的模型试验风速区间初步确定为0~15m/s ，即相应的风速比为0.3/1/=m p U U ，考虑到弹性参数的相似，弹性参数：b U B ω，t U
B ω或t b
ωω(频率比)
即节段模型频率比为33.80.3/25/==p m f f 。
需要说明的是：最后频率比的确定还是要结合实际弹簧的刚度来确定。
表2-2 青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计参数（单幅桥面）
4. 节段模型测振试验弹簧设计
根据结构动力学知识，单自由度振动体系的结构振动频率为：
m
k
=
ω （2-1） 故，
2224mf m k πω== （2-2）
针对不同的试验目的，分别设计颤振、涡激共振节段模型试验弹簧，设计结果见表2-3。
表2-3 节段模型试验弹簧设计表
2224mf m k πω===56.0616*4*3.14*3.14*2.8828*2.8828=18393
8
K
k =
=2299 对于弹簧悬挂系统，弹簧上下设计成刚度为一致的，即单根弹簧刚度为8
K
k =，且节段模型上部、下部弹簧之间距离为：
m r d 265.41325.222299
10455
22=?=?
=?= 满足以上条件，则完全满足刚度相似的条件，但实际模型试验中很难保证两弹簧悬挂之间的距离为4.265这么长，为此，必须通过调整节段模型质量在沿桥宽方向的质量分布，在保证节段模型质量不变的前提下，达到调整节段模型质量惯性矩的目的，最终保证节段模型的竖弯频率、扭转频率相似、弯扭频率比相似，模型质量相似。
二 青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计图纸
确定合适的比例（1:10~1:100之间），从试验精度的角度考虑，模型做的越大越好，但随着模型的增大，试验难度和造价都将加大，与此相应的试验进度也会受到影响，因此，综合考虑，选择一个合适的比例进行模型设计。
设计要点
1）模型尽量轻，初步估计时可用主梁单位长度的质量除以缩尺比的平方并乘以模型的长度的值，并考虑试验要加的装置及配重等因素（约2kg左右），作为模型的允许重量；
2）模型尽量刚性，即模型要有足够的刚度，可以通过模型的骨架来实现；
3）考虑模型的测压、固定等细部构造，这些必须在模型设计时进行考虑。
图2-1 模型总体布置图
图2-2 模型模型骨架图
图2-3 主梁节段模型标准横断面
图2-4 主梁模型测压孔布置图
图2-5 防撞护栏模型图
图2-6 模型端板图
三 桥梁节段模型风洞试验调试及试验内容
3.1 模型结构动力特性测试
竖弯振动频率、扭转振动频率、竖弯阻尼比、扭转阻尼比。如阻尼不足需要增加阻尼（油阻尼器较好实现）。
3.2 节段模型试验工况安排
根据不同的桥梁抗风问题有不同的安排，颤振问题比较突出的则首先进行颤振临界风速的检验，若涡激共振问题比较突出，则首先进行涡激共振试验。然后分别按-3、0、+3度攻角进行试验（对于涡激共振还要进行-5、+5度攻角的试验）。
四 桥梁节段模型风洞试验结果处理
测定桥梁结构的非定常气动力特性（气动导数、气动导纳）以及在非定常气动力作用下
的稳定性和振动响应（颤振和涡激共振）。测定桥梁结构主梁断面在非定常气动力作用下的表面压力分布状态，分析不同时刻的主梁断面压力分布变化情况。
试验的攻角范围一般为 3±，特殊情况（如主梁有超高角）时可取为
5±，攻角变化
步长为
1。根据试验目的的不同可分别在均匀流场和紊流风中进行。试验风速范围应至少达到换算到试桥实桥时的颤振检验风速或使主梁产生
1~
5的扭转振幅、梁宽的1/100~1/20的竖向振幅。试验结果以攻角为参数的气动阻尼—折算风速、气动导数—折算风速、振动响应——风速等关系曲线表示。
（完）
1）石家庄铁道大学风洞实验室参数
2）湖南大学风洞实验室 湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型边界层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2，建筑面积3200 m2。该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型边界层风洞，其试验速度相对较高的试验段(高速试验段)长17 m，模型试验区横截面宽3 m、高2.5 m，试验段风速0～60 m /s连续可调。高速试验段有前后两个转盘，前转盘位置可模拟均匀流风场，通过在该试验段一定范围内布置边界层发生器，在后转盘位置可进行与边界层有
关的桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验。试验速度相对较低的试验段(低速试验段)长15 m、模型试验区横截面宽5.5 m、高4.4 m，最大风速不小于16 m /s，可进行长大桥梁全桥模型抗风试验研究。 3）大连理工大学风洞实验室介绍 大连理工大学风洞实验室（DUT-1）建成于2006年4月，是一座全钢结构单回流闭口式边界层风洞，采用全自动化的测量控制系统。风洞气动轮廓长43.8 m，宽13.1 m，最大高度为6.18m；试验段长18m，横断面宽3m，高2.5m，空风洞最大设计风速50m/s，适用于桥梁与建筑结构等抗风试验研究。 4）中国建筑科学研究院实验室介绍 风洞试验室建筑面积4665平米,拥有目前国内建筑工程规模最大、设备最先进的下吹式双试验段边界层风洞，风洞全长96.5m，高速试验段尺寸为4m×3m×22m(宽×高×长)，最高风速30m/s；低速段尺寸为6m×3.5m×21m，最高风速18m/s。拥有1280点同步电子扫描阀、多点激光测振仪、高频天平等先进的测试设备，可进行结构抗风和风环境的风洞试验、CFD数值模拟、风振分析等研究和咨询工作。 风洞采用先进的交流变频调速系统，试验段转盘和移测架均由微机控制，自动化程度较高。风洞压力测量系统包含美国Scanivalve公司的3台DSM主机和20个压力扫描阀，能够实现1280点的压力同步测量，可满足海量测点压力测试的要求。振动测量系统包括美国NI公司的动态信号采集系统、PCB和Dytran公司的超小型精密加速度传感器以及德国Polytec公司的四台激光测振仪，可进行建筑物模型气动弹性试验。此外实验室还配备了高频底座天平、
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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
ABSTRACT This 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。 For vehicle research，Car wind tunnel is an indispensable test equipment。Car of automotive aerodynamics wind tunnel construction development is of great significance，No cars wind tunnel，Also can't very well put the national automobile industry of forward development。And car wind tunnel is the main task of the air flowing through the body right simulation of the surface flow pattern to get accurate experimental data，Experimental data accurate or not decided the aerodynamic shape design of success or failure。So，Car in wind tunnel experiments can promote the air dynamics research，For automotive aerodynamics research will be able to give our country to bring the huge fuel savings，Has the very big economic benefit and social benefit。 Key words：1：5；Small car；Wind tunnel；Low turbulent；Experiment
风洞实验 科技名词定义 中文名称：风洞实验 英文名称：wind tunnel testing 定义：在风洞中进行模拟飞行器在大气中运动时的空气动力学现象。 应用学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 流体力学方面的风洞实验指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；而在昆虫化学生态学方面则是在一个有流通空气的矩形空间中，观察活体虫子对气味物质的行为反应的实验。 目录
编辑本段原理 风洞实验的基本原理是相对性原理和相似性原理。根据相对性原理，飞机在静止 风洞实验 空气中飞行所受到的空气动力，与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来，两者的作用是一样的。但飞机迎风面积比较大，如机翼翼展小的几米、十几米，大的几十米(波音747是60米)，使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来，其动力消耗将是惊人的。根据相似性原理，可以将飞机做成几何相似的小尺度模型，气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度，其试验结果可以推算出其实飞行时作用于飞机的空气动力。[1] 编辑本段优点 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 风洞实验 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。 编辑本段要求
A.风洞实验的基本原理是相对性原理和相似性原理。根据相对性原理，飞机在静止风洞实验 空气中飞行所受到的空气动力，与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来，两者的作用是一样的。但飞机迎风面积比较大，如机翼翼展小的几米、十几米，大的几十米(波音747是60米)，使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来，其动力消耗将是惊人的。根据相似性原理，可以将飞机做成几何相似的小尺度模型，气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度，其试验结果可以推算出其实飞行时作用于飞机的空气动力。[1] B.风洞实验原理及实验仪器 一、实验目的 通过参观，让学生了解风洞实验装置的构造、作用，常用的风洞实验仪器及作用，风洞实验的过程和风洞实验的原理。 二、风洞系统简介 风洞作为一套完整的空气动力实验装备，其构造是较为复杂的。按风洞实验段气流速度的大小，一般可分为：低速风洞（M≤0.3），高亚音速风洞（0.3≤M≤0.8），跨音速风洞（0.8≤M≤1.5）。超音速风洞（1.5≤M≤4.5）。高超音速风动（4.5≤M≤10），极高速风洞（M>10）。 1．以805实验室HG-4号超音速风洞为例，它主要由以下几部分组成： l 气源系统：由大型空气压缩机提供清洁干燥的高压空气； l 风洞本体：由高压管道、紧闭阀、快速阀、调压阀、稳定段、喷管、试验段、攻角机构、可调节超音速扩散、亚音速扩散段等组成；
l 控制系统：控制系统及模型状态等； l 测量系统：测量系统系数、模型空气动力及模型转速，并作为纹影显示及摄影等， l 消音系统：降低噪音。 实验过程：空气压缩机把压缩空气打进储气瓶储存起来，压缩空气经管道流向风洞。实验时，预给调压阀一开度，开启紧闭阀至完全打开后，开启快速阀，压缩空气经稳定段至喷管，到达试验段时已获得所需超音速流场，待稳定后测量系统工作。最后气流经扩压段扩压向出口消音塔排去。 2．低速风洞构造、作用：低速风洞的动力由风机提供、风速可通过调整风机的转速来调节。低速风洞有稳定段、实验段和扩压段，没有喷管。为了节约能源和降低噪音，低速风洞常做成环流式的。 3．常用仪器：风洞的常用仪器有压力传感器和天平，测温传感器、压力传感器和温度传感器是监测风洞流场必不可少的仪器。而天平则是用来测量实验模型在风洞中受力情况的一种多元传感器，它是通过受力产生形变，给出形变电信号经换算求出受力的一种精密仪器。 三、思考题 1．超音速流动是如何建立的？ 2．超音速流场建立的条件如何？ 3．风洞实验是如何测得模型气动力的？ C.优点
综合电子设计 小型模拟 风洞系统 刘石劬 22011231 尹哲浩 22011214 赵正扬 22011212 董元 22011207
一、引言 二、设计思路 2.1 整体功能设想 2.2 模块实现方式确定 三、设计内容及部分电路仿真 3.1 输入模块设计部分 3.1.1 按钮功能电路实现与仿真 3.1.2 控制输入电路实现与仿真 3.2 控制模块设计部分 3.2.1 硬件选型及论证 3.2.2 风扇控制信号的分析 3.3 整体原理图与PCB设计 四、整体实物图即测试结果 五、课程收获与心得 六、参考文献
一、引言 风洞是空气动力学研究的重要地面试验设备，通过对流体力学方法的计算，可以研究物体模型所受不同方向、不同大小的气动阻力影响，为汽车、高速列车等等的选型提供大量的参考依据。同时，风洞也是试验高速飞行器必不可少的一种设备，是保证一个国家航空航天处于领先地位的基础研究设施]1[。随着时代的发展，飞机研究制造业的竞争越加激烈，尤其在军事领域，现有风洞试验设备的模拟能力已经成为制约第四第五代战斗机的研制和未来高超声速飞行器发展的瓶颈。 这次课题设计，我们想以自己现有的能力和一些简单的器材来完成一个简易的小型风洞设计，用以模拟产生不同风力大小的气流。我们采用电脑CPU风扇作为风力的发生装置，以输入信号的占空比来调节风扇转速的大小，并可以根据风扇所发出的风力大小来实现结果的反馈。 二、设计思路 2.1 整体功能设想 风扇的输入信号可以控制风扇实现不同的转速，也可以让风扇的工作处于测试模式下，即风扇的转速按预定的延时变化，风力将由大至小，再由小变大循环往复。也可以通过键盘，让帆板到达指定高度。 2.2 模块实现方式确定 (1) 输入模块：使用者将通过按钮进行输入信号的控制，工作时不会存在两个按钮同时有效的情况。本模块的大体部分会以门电路的形式构成，功能上通过计数器不同的计数值来形成不同的输入信号，但必须保证信号的频率一致。最后，所有档位的信号必须以同一个输出端口输送至风扇，对风扇进行相应的控制。 (2) 控制模块：采用MSP430F6638作为主控芯片，它是由TI公司推出的16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。用LSM303作为检测角度的传感器，用AVC 8038风扇作为风力来源。
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,
风洞试验与数值模拟 ――北京大学在数值模拟方面的技术进展 一．科学研究的方法： 人类在认识自然、认识科学的过程中，曾经创造出了两种方法，即：理论研究和实验研究。理论研究得出的结论，要经过严格的论证，这是十分必要的，但在工程实践中却难以应用。实验研究，结论清晰、直观，也就是俗话说的“看得见，摸的着”，但它的局限性太大，因而应用范围有限。 上世纪四十年代，电子计算机的横空出世，改变了人类的生活和思想。随着近年来计算机软硬件技术的突飞猛进，以前大量无法解决的工程实际问题，已经可以用新的计算方法来加以解决了。因此，第三种科学研究的方法发展出来了，那就是计算科学的方法（或称为数值模拟、数值计算）。它不仅具有理论研究的严谨性，又具有实验研究的直观性，更加具备极其广泛的应用范围。如今，计算科学在科学研究中所占的比重越来越大，并必将成为今后科学技术发展的主流。 二．什么是“风洞试验”： 风洞，从外观上看酷似一座洞，它是通过产生出可人工控制的气流，对试验模型周围的气体的流动进行模拟，并可量度气
流对物体的作用，以及观察流动现象的一种管道状试验设备。 而风洞试验，是实验研究工程问题的一种方法。它是依据运动的相对性原理，将试验原型同比缩小的模型固定在风洞中，人为制造气流流过，获取各测试点的试验数据，并以此寻找出工程问题的解决方案。 风洞试验主要针对相似模型进行测力试验、测压试验和布局选型试验。 三．风洞试验在“挡风抑尘墙”工程实践中的局限性： “挡风抑尘墙”的作用就是降低露天堆场上方的风速，以达到抑尘效果。这是属于流体力学范畴的一类问题。流体力学是物理学的一个分支，是主要研究流体（包括气体和液体）与其中的物体相互作用的一门科学。 研究流体力学的方法同样有理论研究和实验研究。 在理论研究中，以理论流体力学的基本控制方程组和基本定律为出发点，采用适当的前提假设(如空气的不可压缩性假定)，经过严格的数学推导，求解出方程中的未知量(如压力，速度等)。 鉴于理论流体动力学的基本控制方程组及其边界条件的强烈的非线性特性，只能在几种简单的情况下得到方程组的解析解，在复杂的情况下(如三维流场，复杂外形等)就无法获得解析解，这就决定了理论研究方法在“挡风抑尘墙”研究中具有很多的局限性，工程实践中很难采用这种方法。
2）湖南大学风洞实验室 湖南大学风工程试验研究中心目前拥有国内先进的大型边界层风洞实验室，风洞试验室占地2000m2，建筑面积3200 m2。该风洞气动轮廓全长53m、宽18 m，为低速、单回流、并列双试验段的中型边界层风洞，其试验速度相对较高的试验段(高速试验段)长17 m，模型试验区横截面宽3 m、高m，试验段风速0～60 m /s连续可调。高速试验段有前后两个转盘，前转盘位置可模拟均匀流风场，通过在该试验段一定范围内布置边界层发生器，在后转盘位置可进行与边界层有关的桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验。试验速度相对较低的试验段(低速试验段)长15 m、模型试验区横截面宽m、高m，最大风速不小于16 m /s，可进行长大桥梁全桥模型抗风试验研究。 3）大连理工大学风洞实验室介绍 大连理工大学风洞实验室（DUT-1）建成于2006年4月，是一座全钢结构单回流闭口式边界层风洞，采用全自动化的测量控制系统。风洞气动轮廓长 m，宽m，最大高度为；试验段长18m，横断面宽3m，高，空风洞最大设计风速50m/s，适用于桥梁与建筑结构等抗风试验研究。 4）中国建筑科学研究院实验室介绍 风洞试验室建筑面积4665平米,拥有目前国内建筑工程规模最大、设备最先进的下吹式双试验段边界层风洞，风洞全长，高速试验段尺寸为4m×3m×22m(宽×高×长)，最高风速30m/s；低速段尺寸为6m××21m，最高风速18m/s。拥有1280点同步电子扫描阀、多点激光测振仪、高频天平等先进的测试设备，可进行结构抗风和风环境的风洞试验、CFD数值模拟、风振分析等研究和咨询工作。 风洞采用先进的交流变频调速系统，试验段转盘和移测架均由微机控制，自动化程度较高。风洞压力测量系统包含美国Scanivalve公司的3台DSM主机和20个压力扫描阀，能够实现1280点的压力同步测量，可满足海量测点压力测试的要求。振动测量系统包括美国NI公司的动态信号采集系统、PCB和Dytran公司的超小型精密加速度传感器以及德国
《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 Body 1932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。
简易风洞及控制系统（专科组G题） 作者：王康、赵辉、张帅帅 赛前辅导教师：吉武庆 文稿整理辅导教师：吉武庆 摘要 本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。本设计以STC89C52R单片机为主控芯片，利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。通过在风洞表面安装的8个光电式光线传感器来检测小球位置，而后通过PID 算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校. 从而形成一个完整的闭环控制系统。 关键词：PID算法，PW调速，闭环控制 Abstract This paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RCmicrocontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system. Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control
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
ABSTRACT This 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。 For vehicle research，Car wind tunnel is an indispensable test equipment。Car of automotive aerodynamics wind tunnel construction development is of great significance，No cars wind tunnel，Also can't very well put the national automobile industry of forward development。And car wind tunnel is the main task of the air flowing through the body right simulation of the surface flow pattern to get accurate experimental data，Experimental data accurate or not decided the aerodynamic shape design of success or failure。So，Car in wind tunnel experiments can promote the air dynamics research，For automotive aerodynamics research will be able to give our country to bring the huge fuel savings，Has the very big economic benefit and social benefit。 Key words：1：5；Small car；Wind tunnel；Low turbulent；Experiment
什么是风洞 风洞一般称之为风洞试验。简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说，风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处，那是历史原因造成的。 发达国家如何发展空气动力学 空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视，不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。 美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中，就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。的确，如果不先在空气动力学上获得重大突破，这个将耗资1万亿美元的超级工程，很多关键技术将无法解决。紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中，也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。 前苏联在“十月革命”胜利后的第二年，列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院，并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长，这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。二次大战之前，斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。与美国相比，前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色，甚至在许多方面都领先于美国，它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。 英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家，然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截，于是两国重振旗鼓、奋起直追。在战后第二年，法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起，组建了国家空气动力研究机构，并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心，堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。曾经发明了世界上第一座风洞的英国人更是不甘落后，除了政府加强对空气动力学的领导规划之外，充分利用大学进行基础学科的研究。据有关资料透露，在英国的46所大学里，至少有30个以上高水平的空气动力研究试验室。 日本在战后受到限制的情况下，航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间，其基础研究——空气动力学则进展神速。仅60年代，就先后仿制出11种飞机，自行设计8种飞机。
风洞特种实验技术综述 摘要：风洞特种实验技术主要包括：动力模拟试验、多体干扰与分离试验、风洞尾旋试验、风洞模型自由飞试验、铰链力矩试验、结冰试验等。本文对这些实验技术进行概念性综述。 关键词：风洞特种实验技术概念综述 一动力模拟试验[1] 1动力模拟试验的目的 对于航空喷气发动机,不论是涡喷式、涡扇式还是冲压式,其前部都配置进气道,而后部配置尾喷管.这样进气道前面的进气流和尾喷管后面的尾喷流,都会对飞行器的外部绕流产生干扰影响,从而改变飞行器的气动特性———即通常称为“发动机进排气动力影响”。 2动力模拟试验的实验技术的概念 发动机动力模拟风洞试验技术,就是要在风洞试验中,实现其发动机进气和排气流动效应的模拟,以便测定出发动机进排气流对飞行器的气动影响量 .随着目前大推力发动机被广泛采用,动力对飞行器性能的影响更显示出重要性.动力模拟试验已成为飞行器研制中必不可少的风洞试验项目. 二多体干扰与分离试验 1多体干扰与分离试验的重要性[2] 多体干扰与分离动力学是亚轨道飞行器、重复使用跨大气层飞行器和通用再入飞行器研制中的一个关键技术问题,关系到演示验证能否成功 2多体干扰与分离试验的实验技术[3] 试验模型是某典型构型的可重复使用航天飞行器,由助推器以及再入体两部分组成。利用风洞上下投放机构实现两模型间的相对运动,采用两台天平对模型的气动力进行测量,同时利用纹影仪记录模型分离过程中的激波干扰情况。结果结果表明:试验系统设计合理,能准确模拟物体间分离过程,并能精确测量多体干扰的气动力特性,激波干扰清晰可见。 三风洞模型自由飞试验[4] 1风洞模型自由飞试验的意义 它为新型气动布局飞机稳定性与操纵性研究、飞行控制律验证与优化、大迎角过失速机动能力实现、推力矢量以及垂直起降技术发展、主动流动控制技术的发展起到了重要的推进作用。 2水平风洞模型自由飞试验技术 水平风洞模型自由飞是通过远程控制实现飞机模型在风洞试验段无系留六自由度自由飞行的试验技术，可为缩比模型提供在风洞中模拟全尺寸真机飞行运动的仿真试验环境。 3 水平风洞模型自由飞试验平台的关键技术 关键技术包括：动力相似模型设计加工技术；动力模拟技术；舵机运动控制技术；模型姿态实时精确测量技术；飞行控制系统设计与集成技术。 四风洞尾旋试验[5] 1 立式风洞 立式风洞是一种具有垂直试验段的低速风洞。风扇垂直向上抽气,并使上升气流产生的浮力恰好平衡自由飞模型的重量。对于飞机的尾旋研究,大量的和基本的尾旋和改出尾旋特性的试验研究都在立式风洞中进行。
实验八：风洞实验段速度和压力测定 一、实验目的 测定一座风洞实验段的速度和压力。二、实验仪器与设备 1. 直流式下吹低速风洞，稳定段界面500mm ×200mm ，出口矩形界面500mm ×200mm 。最高出口流速≤40m/s 。 2. 皮托管，修正系数k （已知修正系数），排管压力计，其修正系数为1， 工作液为酒精，比重取0.8，斜角为30°。 三、实验标定原理 风洞试验中，试验段的来流速度是一基本流动参数，必须给出。开口风洞中，一般用风洞出口截面中心位置处的流速指示来流速度。根据不可压缩伯努利方程： 02 2 1P V P =+ ρ （1） p k V ?=ρ 2 （2） 皮托管 图1：开口风洞实验段 其中：Δp 为皮托管测得的总压0p 与静压p 之差，为风洞实验段动压。可以由排管压力计读出，k 为皮托管标定系数，ρ为工况下气体密度。由此可以得出风洞实验段的工作压力和速度。 图2：皮托管结构示意图 图3：皮托管测速示意图 四、实验操作步骤 1. 实验前制定实验步骤，确定数据处理的方法。
2.在教师指导下把皮托管安装在低速风洞实验段内，皮托管总压孔应对准 来流方向，不要偏斜。 3.用导管连接皮托管和排管压力计，注意检查导管，不得有破漏或堵塞。 注意斜管压力计的初始读数。 4.启动风洞，调节风洞变频器频率（不小于10Hz为宜），记录排管压力计 的读数。 5.改变风速（变频器频率），重复步骤4，记下10～15组数据。 6.关闭风洞，记录大气压强和室内温度。 7.整理仪器，实验数据交老师签字后离开实验室。 五、实验结果 实验原始数据就是酒精柱长度测量值，由排管酒精压力计测量，并填于表1。 排管压力计初始读数： mm 表1：压差测量值（毫米酒精柱）变频器工作频率：f= Hz
循环风洞干燥实验装置 说明书 天津大学化工基础实验中心
2011．10 一. 实验装置的基本功能和特点： 本装置为学生学习干燥曲线、干燥速率曲线及临界湿含量测定方法提供了实验平台，同时，可练习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法，通过实验，加深学生对干燥过程及干燥机理的理解，并通过操作实物干燥过程，了解干燥操作中废气循环的流程和概念。本说明书还列举了一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子，介绍数据的处理和计算方法。本实验装置还可以为研究恒速干燥速率，临界湿含量，平衡湿含量等参数随其影响因素的变化规律提供平台。整套装置具有结构紧凑，占地面积小，干燥介质空气流量调节范围大，耗能量小，操作方便等特点。可以方便地测得常见的、典型的干燥曲线、干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。 1. 用途： (1）供学生做实验，学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量的实验测定方法，加深对干燥操作过程及其机理的理解。 (2)供学生学习干湿球温度湿度计的使用方法，学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法。 (3)供学生通过实物了解干燥操作中废气循环的流程和概念。 (4)为学生提供一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子，以便掌握其计算方法。 (5)实验研究恒速干燥速率，临界湿含量，平衡湿含量随其影响因素的变化规律。 2.特点: (1)结构紧凑，占地面积小。 (2)干燥介质空气流量的调节范围大。 (3)耗能量小。 (4)实验操作十分方便。 (5)可以很容易地测得常见的典型的干燥曲线，干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。 二. 实验装置简介：
基于Ansys的汽车外形风洞试验有限元分析 【摘要】汽车空气动力学特性对汽车经济性、驾驶安全性、侧风稳定性等有着较大的影响。通过在catia中建立车身几何造型，基于ANSYS的CFD的有限元仿真环境对车身的空气动力动力学特性进行了数值模拟仿真研究，得出该车体的速度矢量图，压力分布图等，并根据模拟仿真的气动造型提出一些建议，为优化汽车车型及改善汽车空气动力学特性提供参考。 1前言 汽车空气动力学特性是汽车的重要性能，它是指汽车在流场中受到的以阻力为主的包括升力、侧向力的三个气动力及其相应的力矩的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、驾驶室内通风、空气调节等特性。随着汽车技术的提高和高等级公路的发展，汽车速度的不断提高以及汽车在行驶时与空气相互作用的各种气动力也越来越显著，在很大程度上影响着的汽车的经济性、动力性和稳定性。迄今为止，国内外汽车空气动力学的研究一般采取试验法、试验与理论相结合法及数值模拟仿真研究法。试验法主要是指风洞试验，目的是为得到准确反映汽车行驶状态时的空气动力学特性数据，其研究对象主要有汽车空气动力特性和汽车各部位的流场。风洞试验的结果精度高、可靠性好，对研究外部气流干扰件的气动作用大小比较有效，但风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列的油泥模型等局限性，这些局限性大大阻碍了其在汽车设计的应用，并且风洞试验只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，不能获得整个流场中任意点的详细信息。此外风洞试验要精确研究某些复杂的流动现象，如层流向湍流的转变、拖曳涡的形成和发展、尾部涡系结构等，其测量截面的选取在很大程度上主要依靠经验，这样使得精确研究这些复杂流动和机理变得非常困难。而在模型风洞试中，还存在着动力相似和几何相似的影响、试验结果与实车的换算问题，要得到准确的结果还有一定的难度。 数值模拟仿真是借助于计算机将用CFD应用于汽车空气动力学研究的方法，其是在计算机上模拟吹风，运用数值分析的方法计算模拟汽车的空气动力学问题，与风洞试验相比，其有利于CAD/CAM系统的相衔接；不受
第六章 风洞实验概述 风洞试验是依据运动的相似性原理，将被试验对象（飞机、大型建筑、结构等）制作成模型或直接放置于风洞管道内，通过驱动装置使风道产生一股人工可控制的气流，模拟试验对象在气流作用下的性态，进而获得相关参数，以确定试验对象的稳定性、安全性等性能。 世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟于1901年制造了试验段0.56米见方、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。风洞自19世纪后期问世以后，为风效应研究创造了良好的试验条件，开始了风对建筑物的破坏作用的研究。1894年，丹麦J. O. V. Irminger在风洞中测量了建筑物模型的表面风压。 风洞的大量出现是在20世纪中叶，随着工业技术的发展，风洞试验(主要是低速风洞)从航空航天领域扩大到一般工业部门。到了20世纪20年代，Jaray将空气动力学理论应用于汽车外形设计，以降低汽车的气动阻力系数。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%。 20世纪30年代，英国国家物理试验室（NPL）在低湍流度的航空风洞中进行了风对建筑物和构筑物影响的研究工作，指出了在风洞中模拟大气边界层湍流结构的重要性。1934年，德国L.Prandtl在哥廷根流体力学研究所（AVA）建造了世界上第一座环境风洞，开展环境问题的试验研究。20世纪50年代末，丹麦M. Jensen对于风洞模型相似律问题作了重要阐述，认为必须模拟大气边界层气流的特性。另外，美国J. E. Cermak在科罗拉多州大学和加拿大A.G.Davenport在西安大略大学分别建成了长试验段的大气边界层风洞，标志着对风工程有了专门的模拟试验研究设备。从20世纪80年代开始，大气边界层风特性的模拟技术，特别是大尺度湍流的模拟技术有了较大的发展，另外一些专用的实验设备及测试仪器的研制成功，使风洞中模拟各种气象、地面及地形条件的范围扩大以及研究空气污染和风载、风振问题的能力提高。 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、大跨度屋盖等超限建筑和结构，我国结构风荷载规范建议进行风洞试验。对于大型工厂、矿山群等也可以做成模型，在风洞中进行防止污染和扩散的试验。 §4-1 风洞实验基础 一、风洞 风洞就是用来产生人造气流(人造风)的管道。在该管道中能造成一段气流均匀流动的区域，利用这一经过标定的流场，可以进行各种有关学科的科研活动。风洞种类繁多，有不同的分类方法。按行业分，有航空风洞和工业风洞；按实验段气流速度大小来区分，可以分为低速、高速和高超声速风洞；按回路分类，风洞可分为直流式、回流式；按运行时间分类，风洞可分为连续式、暂冲式。 近年来，由于工程材料及施工方法的大幅进步，工程设计逐步走向轻质量、大跨度及超高度的方向发展，使得在传统上地震力为结构的主要水平荷重观念逐渐改变。风荷重成为超高层建筑、体育场馆大跨屋盖、斜拉桥等结构的主要水平荷载。除此之外，由于环保意识的加强，社会上对于生活质量的要求，使得工业废气的排放及都市中大型建筑物造成环境微气候的改变，亦成为工程界必须予以重视的课题。为此，应运而生出现了许多大气边界层风洞（BLWT）。在这种风洞中，试验段的气流并不是均匀的，从风洞底板向上，速度逐渐增加，模拟地表风的运动情况(称为大气边界层)。大气边界层风洞是工业风洞的一种，为低速