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Solidworks的气动设计和风洞流体力学分析指南Solidworks作为一款广泛应用于工程设计领域的三维建模软件，不仅提供了强大的机械设计和结构分析功能，还支持气动设计和风洞流体力学分析。
本篇文章将为您提供Solidworks在气动设计和风洞流体力学分析方面的指南，帮助您更好地进行相关工作。
一、气动设计在进行气动设计前，首先需要建立准确的三维模型。
Solidworks提供了多种建模工具，如实体建模、曲面建模和装配等，可根据需要选择合适的建模方式。
此外，还可以利用Solidworks的模块化设计功能，快速生成不同配置的模型。
在建立模型的基础上，接下来需要进行流动领域的设置。
Solidworks Flow Simulation是一款基于计算流体动力学（CFD）的分析工具，可用于模拟和分析各种流场。
通过设置流场的进口速度和边界条件，可以模拟风洞中的气流情况，并分析其对物体的作用力和阻力等。
在进行气动设计时，还需要考虑以下几个方面：1. 空气动力学模型设计：根据设计需求和目标，选择合适的空气动力学模型，如飞机机翼、汽车外部形态等。
通过Solidworks提供的参数化设计工具，可以快速调整模型的尺寸和形状，优化设计效果。
2. 气动力学分析：利用Solidworks Flow Simulation进行气动力学分析，可以计算出物体受到的气流阻力、升力和气动力矩等参数。
通过这些参数，可以评估和改进设计的性能和稳定性。
3. 流场可视化：Solidworks Flow Simulation提供了直观的流场可视化工具，可将流速场、压力场和温度场等结果以图形方式展示。
通过观察和分析这些图形，可以更直观地理解气流情况，进而优化设计方案。
二、风洞流体力学分析风洞流体力学分析是对物体在风洞中的流动行为进行模拟和分析。
在进行风洞流体力学分析前，需要进行如下准备工作：1. 模型导入：将Solidworks中的三维模型导入至Solidworks Flow Simulation中进行分析。
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。
大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究边界层是近地面气体与地面之间的区域，通常定义为自由流的速度较小的区域，它包含了流体较强的水平和垂直的运动，这些运动包含大量的涡旋和湍流。
了解边界层内的湍流特性对于气象学、航空航天和建筑学等学科都具有极大的意义。
风洞模拟实验可以提供一个便捷、可控、可重复的实验环境，用来研究边界层湍流特性。
本文将介绍一项大气边界层湍流特性的风洞模拟实验研究。
首先，将简要介绍实验的目的和重要性。
其次，将介绍实验的设计方案和程序。
接着，将介绍数据处理方法，分析实验结果。
最后，将讨论实验结果的意义和应用前景。
一、实验的目的和重要性大气边界层中的湍流是一种强烈的流动行为，其动力学复杂而普遍存在。
湍流对空气质量、能源和温室效应等都有着重要的影响。
边界层湍流也是大型建筑和飞机等复杂工程设计的重要因素。
因此，了解边界层内的湍流特性具有重要的学术和工程应用价值。
本实验的目的就是通过风洞模拟实验，对大气边界层中的湍流特性进行研究，为相关领域提供参考和指导。
二、实验的设计方案和程序1. 实验设计方案本实验选取直井状风洞为研究工具，它能够较好地模拟出大气边界层的流动情况。
在直径为1.5米，高为5.5米的风洞内，通过两个放置在风洞底部和顶部的网格板和两个旋转的切片风扇，模拟出边界层的结构和湍流特性。
在风洞内部安装压力传感器和热敏电阻器，用来测量边界层中的压力、温度和速度。
2. 实验程序a. 执行基准实验在进行边界层湍流研究之前，我们需要先进行基准实验，用来检查风洞系统的运行状态和数据的获取准确性。
在基准实验中，我们分别分别测量风洞内的压力、温度和速度，并将数据与标准值进行对比。
b. 模拟大气边界层湍流实验在进行模拟大气边界层湍流实验时，我们将根据实际环境的特点来设置初始条件，比如制造不同形状和尺寸的障碍物，用来模拟大气中存在的复杂地形和建筑物。
然后通过调节风洞内的风速、风向和湍流程度，模拟出边界层中的湍流特性。
图1 大型风洞运行时模型物流图
权物流与非物流关系，数值等级化物流与非物流关系，形成作业单元综合相关关系。
各作业单位之间既有物流联系，也有非物流联系，因此，在SLP中要将作业单位间的物流相互关系与非物流相互关系进行合并，得出综合相互关系表，然后在各功能区域综合相互关系的基础上合理布置。
综合后，根据物流相互关系和非物流分析所得的相互关系重要程度，物流关系与非物流关系的加权值为1:1，并按照A=4、E=3、I=2、O=1、U=0、X=-1计算得出，综合相互关系如表2所示。
表2 大型回流式风洞厂房综合接近程度排序表
区域代号12345678910111213 1 4457-140033-1-1
24 00000000-1-10
340 04-1-1-1-1-1-1-10
4500 718007-1-10
57047 1000402-1
6-10-111 -1-1-1-100-1
740-180-1 000010
800-100-10 00040
900-100-100 0040
1030-174-1000 010
113-1-1-1000000 30
12-1-1-1-12014413 2
13-1000-1-1000002 综合接近程度27212624-5112213313-1排序17823105774649
2.5 位置及面积相关图
根据综合相互关系密切程度，确定作业单元相对位。
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（DUT1）建成于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。
大气边界层风洞的风机动力系统优化设计唐博;杨斌;任莹辉【摘要】为满足风洞实验模拟真实野外大气边界层的要求,提出了双风机驱动的风机动力系统方案,并采用数值风洞技术对双风机的3种不同布置方案和单风机驱动条件下风洞内定常边界层流动特性及风机系统动力性能进行了对比分析.数值模拟结果表明:3种双风机动力系统方案均可满足风沙迁移全领域的风速要求;相比之下,双风机两端分布的设计方案在保证低惯性的前提下,使风洞内边界层流动最大风速和湍流度值最高可达54.28 m/s和13.46％,是单风机驱动情况下的176.60％和141.83％,更适于进行野外风沙迁移乃至沙尘暴过程的风洞模拟,是4种风洞动力系统设计方案中最优化的结果,可应用于现有沙风洞的升级改造.%A power system with dual fans for atmospherical boundary layer (ABL) wind-tunnel is proposed to simulate the actual ABL.Numerical wind-tunnel technology is used to compare the steady boundary flow fields in the wind tunnel among four schemes of the wind tunnel power system,that is,three different arrangement schemes of dual-fan power system a scheme of single power fan.Simulation results show that the dual-fan systems generate the wind velocity enough to cover whole condition of aeolian sand transport.Especially when the air in the wind-tunnel is driven by dual fans located at both ends of the wind-tunnel,the wind velocity and turbulence intensity of the boundary layer flow reach 54.28 m/s and13.46％,respectively,and are 176.60％ and 141.83％ of those of single fan scheme.So it is most suitable for simulations of field aeolian sand transport or even sand storm processes in ABL wind-tunnel.The power system withdual fans located at both ends of the wind-tunnel is the optimal scheme among the four schemes of the wind tunnel power system.This research may provide a reference for the improvement of existing wind-tunnel involving sand motion.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)006【总页数】5页(P110-114)【关键词】大气边界层风洞;风机;数值模拟;风速;湍流度【作者】唐博;杨斌;任莹辉【作者单位】西北大学化工学院,710069,西安;华东理工大学机械与动力工程学院,200237,上海;西北大学化工学院,710069,西安;西北大学化工学院,710069,西安【正文语种】中文【中图分类】O359;X169大气边界层风洞(简称ABL风洞)是用来模拟大气边界层内空气流动状态的一类风洞,最早被用于研究污染物扩散问题[1-2],进而在环境、建筑、汽车、化工、机械等领域得到了广泛应用[3-4]。
回风洞的原理
回风洞的原理基于产生一个封闭回路的循环气流，以节省能量和避免外界干扰。
具体来说，回风洞是一个实验室设备，用于模拟实际飞行或其他物体运动时周围的气流情况。
它的核心在于利用相对运动的原理，即通过人工生成气流来模拟物体在空气中的运动效果。
这种实验设备允许研究人员测量气流对物体的作用力以及观察其他相关物理现象。
以下是回风洞的几个关键原理：
1.相对性原理：根据这一原理，无论是物体在静止空气中移动还是空气以相同速度通过静止
物体，气体动力效应是相同的。
因此，风洞中的空气流动可以模拟飞行器在真实条件下的气体动力环境。
2.相似性原理：为确保实验结果的准确性，风洞内的流动条件必须与实际飞行或物体运动时
的气流状态相似。
这要求风洞试验满足一系列的相似准则，包括几何相似、运动相似和动力相似等。
3.回流设计：与传统的直流式风洞不同，回流式风洞将风洞的入口和出口连接起来形成一个
闭合的循环系统。
这样设计的优点是能够节省能源，并且由于气流在回路中循环，可以减少外部环境对实验的干扰。
4.变密度与水洞：有些特殊类型的风洞使用不同于普通空气的工作介质，比如使用压缩空气
代替常压空气的变密度风洞，或是用水代替空气进行试验的水洞，以满足特殊的实验需求。
综上所述，回风洞的设计使其成为航空、航天、汽车工业和其他需要空气动力学研究的重要工具。
通过精确控制实验条件，科学家和工程师能够在风洞中进行各种空气动力学的测试和研究。
