摘要 — 风洞是一种管状装置,其横截面逐渐变化,就像文丘里流量计一样,并具有使用强力风扇吹风的功能。它是机械和航空航天工程实验室研究全尺寸或缩小版汽车或飞机模型周围气流行为的典型设备。因此,它在空气动力学设计中起着至关重要的作用,节省了实时运行过程中因故障而产生的成本和时间。实验室使用中小型风洞进行实验和研究。虽然与商用风洞相比,这些风洞的尺寸相对较小,但满足其准确和精确的设计和制造规范是一项相当艰巨的任务。本文回顾了与此类低亚音速开路风洞的设计、制造和测试方面相关的几项先前研究。它侧重于各种风洞组件的设计方面,例如测试段、收缩锥、扩散器、驱动系统和沉降室。文中还介绍了制造该器件所用的材料。文中还简要讨论了实验测试和 CFD 模拟的结果。
图 1. 近尾流湍流强度分布 [1] ...................................................................................................... 2 图 2. 远尾流湍流强度分布 [2] ...................................................................................................... 3 图 3. 2.06 倍叶片直径处的相对湍流强度 [3] ...................................................................................... 4 图 4. 近尾流轴向速度云图(左)和切向速度云图(右) [4] ............................................................. 5 图 5. 2.5 倍涡轮机直径处的实验和 CFD(LES)湍流强度 [6] ............................................................. 6 图 6. CFD(LES)湍流图 7. 基本风洞示意图 ...................................................................................................................................... 8 图 8. 蜂窝类型 [7] ...................................................................................................................................... 11 图 9. 湍流减少因子 [10] ............................................................................................................................. 15 图 10. 用于模型风力涡轮机的 NACA 4412 叶片 ............................................................................................. 23 图 11. 模型风力涡轮机轮毂 .............................................................................................
本指南旨在让客户了解在艾姆斯研究中心风洞运营部门的任何高速测试设施中进行测试的要求。它包括这些设施提供的服务和功能以及标准实践/程序,以使客户能够实现其测试目标。
亚音速风洞综合体是 1943 年至 1955 年间在海军水面作战中心卡德罗克分部 (NSWCCD) 建造的一系列建筑和结构。亚音速风洞综合体由六座建筑组成。风洞实验室(7号楼)、亚音速风洞1号(138号楼)和亚音速风洞2号(139号楼)是1943年建造的第一批建筑。1945年,亚音速风洞1号增加了冷却系统1号(140号楼),亚音速风洞2号增加了冷却系统2号(141号楼),以控制测试风扇和隧道壁上的空气摩擦引起的温度升高。1955 年,在亚音速风洞 2 号(建筑 139)、冷却系统 2 号(建筑 141)和压缩机房(建筑 163)的南部建造了一座压缩机房(建筑 163),以提供额外的气流(Melhuish 1996b)。马里兰州历史财产清单表格提供了亚音速风洞 2 号(建筑 139)、冷却系统 2 号(建筑 141)和压缩机房(建筑 163)在拆除前的记录。这些建筑不再运行,并于 1991 年退役。
第三个实验是使用热线风速计或恒温风速计测量风速和湍流百分比。该装置有一根细金属线,在一定温度下用电加热,流动的空气会冷却金属线,因为附近有辐射热损失。金属线的冷却会导致其电阻发生变化,因此使用这种关系、每种金属的特性以及用于保持金属线处于恒定温度的电压,可以计算出风速。请注意,风速计提供的信息只是速度模量而不是方向,因此当在湍流区进行测量时,给出的值可能不反映这一点的实际情况。
大气或环境风洞非常适合基础研究和应用物理建模,以及支持数值模型验证过程。美国陆军工程兵团工程研究与发展中心 (ERDC) 一直活跃于研究物理建模领域。ERDC 环境实验室 (EL)、寒冷地区研究与工程实验室 (CRREL) 和岩土与结构实验室 (GSL) 之间有一座历史性的、三座运行中的和一座未来计划中的大气风洞。每个设施都经过独特设计,以研究不同领域的大气现象。本报告回顾并强调了每个设施的特点及其目标研究应用。特别是,人们希望扩大 CRREL 环境风洞 (EWT) 物理建模能力的范围。将该能力扩展到雪堆建模之外,为在空地和潜在的空水界面进行几何全尺寸湍流边界层实验打开了大门。维护和改善内部风洞设施对于 ERDC 的任务至关重要,可以促进大气物理建模的创新和多功能性。
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