建築工程風洞實驗方法

㈠ 什麼樣的建築工程（不是航天工程）需要做風洞試驗，什麼原理風洞要預先留置在大樓的什麼位置

風洞試驗不是你理解的在大樓里搞一個洞。它應該是一個模型。那些摩天大樓在設計時可能會做風洞試驗，就是模擬大樓受風載時的受力。

㈡ 風洞實驗的分類

流體力學方面的風洞實驗的主要分類有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用於模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用於為飛行器設計提供氣動特性數據。傳熱實驗主要用於研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現象。動態模型實驗包括顫振、抖振和動穩定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結構剛度、質量分布和變形。流態觀測實驗廣泛用於研究流動的基本現象和機理。高速計算機在在以上風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。 測力實驗是利用風洞天平（見風洞測試儀器）測量作用在模型上的空氣動力和力矩的風洞實驗。它是風洞實驗中最重要的實驗項目之一。測力實驗主要有：全模型和部件的縱向和橫向測力實驗、噴流實驗、靜氣動彈性實驗、外掛物測力和投放軌跡實驗等。
全模型和部件的縱向和橫向測力實驗是測量沿模型上三個互相垂直軸的力和繞三個軸的力矩的實驗，其中無測滑的實驗為縱向實驗，有測滑的為橫向實驗。模型由腹部支桿或尾支桿支撐於風洞中（圖1和圖2）。
為研究各部件的貢獻和干擾，除採用全模和部件組拆實驗外，更精確的方法是在模型內安裝多台天平，同時測量全機和部件的氣動力。對於有對稱面的飛行器，在繞流對稱的條件下，可以洞壁或反射平板為對稱面，取模型的一半做實驗。這種實驗稱為半模實驗，其優點是模型可做得大些，雷諾數可以高些，無尾支桿干擾，製造方便和經濟。缺點是存在洞壁邊界層和縫隙的影響以及僅能進行縱向實驗。噴流實驗是測量飛行器發動機噴流對飛行器機體氣動特性影響的實驗。在風洞中要精確模擬噴流是很困難的。除模擬自由流馬赫數Mα∞、比熱比γ和噴管幾何形狀外，還要模擬出口與自由流靜壓比pj/p∞、出口馬赫數Mαj、噴流比熱比γ1、普適氣體常數與熱力學溫度乘積比(RT)j/(RT)∞等相似參數。通常只能有選擇地模擬其中一些項目，例如，一般當噴口處於飛行器底部時，可用冷空氣模擬噴流。當噴口處於飛行器底部上游時，還應模擬γ1和(RT)j/(RT)∞。火箭發動機噴流模擬以用縮尺火箭發動機為宜。噴流實驗的關鍵在於研製高精度天平、小干擾的支架和不傳力的輸氣密封系統。
靜氣動彈性實驗是測量模型剛度對氣動特性影響的實驗。通常風洞實驗中的模型都是用強度和剛度較大的金屬製作的，而真實飛行器的剛度比模型低得多。因此，需製造一種由金屬作骨架、用輕木或塑料作填料、能模擬飛行器各部件彎曲和扭轉剛度的彈性模型，把它放在風洞中作模擬飛行條件的高動壓實驗，測量對模型剛度的影響，修正剛體模型實驗的數據。
外掛物測力和投放軌跡實驗是測量飛行器外掛油箱、炸彈或其他物體的氣動力和外掛物投放軌跡的實驗。由於風洞尺寸的限制，風洞中外掛物模型很小，測量很困難。早期的實驗是設計專門的外掛物天平。天平可以放在外掛物模型或者它的掛架內直接測量。外掛物投放軌跡是用高速攝影或多次曝光技術對自由投放的模型進行照相記錄。圖3是在低速風洞中用多次曝光法拍攝的外掛物投放軌跡照片。這種方法簡便、直觀，但要模擬弗勞德數，所以模型設計和調整很困難。20世紀60年代以來，發展出一種雙天平測量系統，母機模型和外掛物分別支撐在各自的天平上。實驗時首先測量外掛物和母機的氣動力，輸入計算機，由運動方程和給定的時間間隔算出外掛物在氣動力作用下運動的下一個位置，然後操縱外掛物運動到計算位置再進行測量。一直到所要求的軌跡測出為止。這時，母機和外掛物所有瞬間的氣動力也同時測出。這種方法不要求模型動力相似，模型可多次使用。同時，這套裝置也可以用於其他雙體實驗或大攻角失速後運動軌跡測量等。缺點是精度要求較高，製造費用大。
除上述實驗外，還有一些專門的測力實驗，如鉸鏈力矩測量、摩阻測量、進氣道阻力測量、馬格納斯力和力矩（見馬格納斯效應）測量等，這些都要有專門設計的天平。
測壓實驗 風洞洞壁、模型表面上各點和氣流中各點的當地壓力參數測量。對應於流場的每一點，有一個總壓p0和一個靜壓p∞。總壓是假想氣流等熵絕熱地滯止，最後流速降為零時所能達到的壓力。靜壓是氣流內部相互作用的流層之間的法向力。在不可壓縮流體中，總壓和靜壓之差，即該流動點上由於氣流動力效應引起的壓力增高（p0－p∞），稱為動壓或速壓q∞。氣流壓力的測量，是空氣動力實驗中最基本的測量項目之一。
1738年，丹尼爾第一·伯努利就確立了無粘性不可壓縮流體中壓力與速度之間的關系，後稱為伯努利定理。這個定理後來被推廣到可壓縮流體。因為測量氣流壓力比較容易，故風洞實驗中常藉助測量氣流的壓力來推求速度。
物體表面某一點（如第i點）的壓力pi，常以無量綱形式的壓力系數Cρii表示。如果p∞和q∞分別代表遠前方未擾動氣流的靜壓和動壓，則Cρii是該點的剩餘壓力（pi－q∞）與動壓q∞之比。
風洞中最常見的測壓實驗是模型表面壓力分布測量。模型表面上直接開有測壓孔。通過實驗，可以了解局部流動特性並積分出總的氣動特性。常見的有飛行器測壓、汽車測壓和建築物測壓等。進氣道測壓實驗是通過進氣道表面測壓孔和管道內排管的壓力測量，以得到進氣道的流量- 總壓恢復特性。風洞流場校測中速度場、壓力場、方向場的測量也是通過測壓進行的。此外，邊界層壓力測量也是經常進行的實驗項目。有時還通過二元物體尾流壓力測量來推算物體的阻力。所以風洞測壓實驗在工程設計和研究工作中得到廣泛應用。
風洞中氣流總壓、靜壓測量用總壓、靜壓探測管和壓力計或壓力感測器。圖4和圖5示出一般總壓管和靜壓管的結構。總壓或靜壓排管可同時獲得許多測壓數據。但管與管之間的相互影響要小。模型表面壓力測量孔要求垂直當地物面，孔緣處平滑不得有毛刺。靜壓探測管上靜壓孔位置的選擇特別重要，應使它受靜壓管頭部和支柄的綜合影響最小。測壓設備中壓力傳輸的管路不能太長，否則管內壓力達到平衡要用很長時間。 在氣流和模型作相對高速運動的條件下，測定氣流沿模型繞流所引起的對模型表面氣動加熱的一種實驗。當飛行器飛行馬赫數大於3時，必須考慮氣動加熱對飛行器外形、表面粗糙度和結構的影響。風洞傳熱實驗的目的是為飛行器防熱設計提供可靠的熱環境數據，實驗項目包括：光滑和粗糙表面的熱流實驗，邊界層過渡、質量注入對熱流影響的實驗，台階、縫隙、激波和邊界層等分離流熱流實驗等。在風洞傳熱實驗中一般略去熱輻射，只考慮對流加熱，要模擬的是馬赫數、雷諾數、壁溫比、相對粗糙度（粗糙度與邊界層位移厚度之比）、質量注入率、自由湍流度等參數。在一般高超聲速風洞、脈沖風洞、激波風洞、電弧加熱器、低密度風洞和彈道靶中都能進行傳熱實驗，但都不能全面模擬上述參數。因此，必須對不同設備的實驗數據進行綜合分析。風洞傳熱實驗的方法有兩類：一類是確定熱流密度分布的熱測繪技術，如在模型表面塗以相變材料，通過記錄等溫線隨時間的擴展過程進行熱測繪；又如在模型表面塗以漆和粉末磷光材料的混合物，通過記錄磷光體的亮度分布轉求熱流密度分布（後一方法響應快，靈敏度高）。熱測繪技術可以提供豐富的氣動加熱資料，但精度較低。另一類是熱測量技術，利用量熱計進行分散點的熱測量，一般是在一維熱傳導的假定下通過測量溫度隨時間的變化率測量熱流密度。在一般高超聲速風洞中常用的量熱計有兩種：①薄壁量熱計，使用它時要求模型的壁做得很薄，以使模型在受熱時，內外表面的溫度接近相等，在內表面安裝溫差電偶，用以測量溫度隨時間的變化來推算熱流密度。②加登計，是R.加登在1953年提出的，它是基於受熱元件的中心和邊緣之間的溫度梯度和熱流密度有一定的關系進行測量的。薄壁量熱計和加登計由於達到溫度平衡需要較長的時間，不能用於脈沖風洞。在脈沖風洞中，可採用塞形量熱計和薄膜電阻溫度計進行測量。塞形量熱計是利用量熱元件吸收傳入其中的熱量，然後測量元件的平均溫度變化率再計算表面熱流密度。
風洞傳熱實驗必須恰當地解決模型設計、防護、冷卻和信號傳輸等問題，還要研究模擬技術，縮小感測器尺寸，解決感測器的穩定性問題，以及確定實驗中各種不確定因素對實驗結果精度的影響。 確定模型對氣流的相對運動和模型上的氣動力隨時間變化的實驗，包括顫振實驗、抖振實驗、動穩定性實驗、操縱面嗡鳴實驗、非定常壓力測量等。
顫振實驗 顫振是飛行器在氣動力、結構彈性力和慣性力相互作用下從氣流中吸取能量而引起的自激振動。它一旦發生，就很可能造成結構的破壞。進行風洞顫振試驗，旨在選擇對防顫振有利的結構方案（見顫振試驗）。
抖振實驗 抖振是氣流分離所激起的飛行器結構振動。作低速大攻角飛行時，舉力面上氣流分離達一定程度後就會出現抖振，這類抖振稱為舉力型抖振。作跨聲速飛行時由於激波的誘導作用，使抖振起始攻角明顯減小。此外，還有由於氣流分離造成的非舉力型抖振。抖振影響飛機的結構強度和疲勞壽命，會使武器系統和電子儀器的工作不正常，使乘員不舒適。抖振起始攻角所對應的舉力系數（見舉力）隨馬赫數的變化曲線，稱為抖振邊界。抖振邊界越高，飛機的最小平飛速度越低，飛行中的機動性和安全性越好。抖振實驗是要測定抖振邊界和抖振載荷。測定抖振邊界可採用方均根彎矩法和後緣靜壓發散法等。所謂方均根彎矩法，就是在模型翼根粘貼應變片，測定某一馬赫數不同攻角下與翼根彎矩成比例的方均根電平值，將電平值開始急劇增大的轉變點所對應的攻角確定為抖振起始攻角的方法。所謂後緣靜壓發散法，就是利用氣流分離後翼面後緣靜壓迅速增加的原理來進行測量的方法。除要求模型與實物保持氣動力相似外，還要求模擬一階彎曲頻率。抖振實驗對風洞雜訊級、湍流度以及模型表面的邊界層狀態都有較嚴格的要求。
動穩定性實驗 測定動導數的實驗。動導數是氣動力和力矩對運動參量時間變化率的導數，例如是滾轉力矩mx對滾轉角速度ωx的導數，通常起阻尼作用，又稱滾轉阻尼導數。動導數實驗一般採用剛性模型，除氣動力相似外，還要求減縮頻率ωL/v與實物相同，其中ω為振動頻率；L為特徵長度；v為氣流速度。在風洞中測量動導數一般採用自由振動法或受迫振動法。自由振動法是給模型以一定的初始位移後把它釋放出去，使它在氣流中作自由衰減振動，根據所記錄的模型位移時間歷程來確定動導數。此法設備簡單，但受風洞背景雜訊等外界干擾影響較大，准確度不高。受迫振動法是對模型系統施加一定頻率的正弦激振力矩，在此過程中，通過測量儀器，測定它的激振力矩和模型振動角位移之間的相位差，從而確定動導數。此外，還可以用風洞模型自由飛的方法測量動導數。
操縱面嗡鳴實驗 操縱面嗡鳴是飛行器作跨聲速飛行時由於翼面上的激波、波後的邊界層分離和操縱面偏轉的相互作用而產生的單自由度不穩定運動。操縱面嗡鳴對馬赫數很敏感。發生嗡鳴會降低操縱效率甚至使操縱失效，嚴重時將導致結構的疲勞破壞。通過嗡鳴實驗，可以確定飛行器操縱面振動的性質，提供排除振動的方法和確定剛度指標。嗡鳴實驗模型由剛性主翼和操縱面組成，可用彈簧片模擬操縱系統剛度。操縱系統結構阻尼應大致和實物相當。實驗時用應變測量系統測定振動波形，也可用方均根電平記錄儀測量振動強度。
非定常壓力測量 這種測量是研究非定常氣動力的基本手段。測量方法有兩種：一種是用埋在模型里的微型壓力感測器同時測量許多點的非定常壓力；另一種是在模型里安置許多壓力管，通過壓力管測量非定常壓力，而壓力管則通過掃描閥與感測器相連。採用後一種方法，必須作吹風狀態下管路動態傳遞特性的修正。
在動態實驗中，風洞背景雜訊對實驗結果的准確度有很大的影響，因此，除對風洞的雜訊級作出限制外，還必須在實驗技術上減小風洞雜訊的影響，如在數據處理中，採用相關濾波、總體平均等方法。配備能進行快速傅里葉變換的動態分析設備，可以明顯提高動態實驗的能力，實現實時分析。
流態觀察實驗 藉助物理和化學的手段使風洞中無色透明的氣流成為可見氣流的實驗方法。利用這種技術能夠用肉眼或其他輔助手段直接觀察到氣體流動的物理圖像，從而加深對氣體流動機理的了解並及時發現氣體流動中存在的問題。還可以用觀察的結果驗證一些理論、假說並幫助建立復雜流動問題的數學模型。這種技術是空氣動力實驗的一種基該方法。
自然界中存在著許多能顯示流體流動的現象。水面飄浮物體的運動往往表明水流方向；生火時產生的煙則顯示了熱空氣上升和擴散的圖形。在實驗室內用流態顯示技術進行科學研究始於19世紀末。1883年O.雷諾把一股染色水引入管流中，根據染色水是色彩清晰的規則流動還是紊亂流動來判別管中流動是層流還是湍流。1893年，L.馬赫在風洞中用絲線和煙流觀察了氣流繞垂直安放的一塊平板流動的情況。隨著風洞的發展和科學技術的進步，流態觀察方法也越來越多。
風洞中流態觀察方法大致為分兩類：第一類是示蹤方法；第二類是光學方法。
示蹤方法
是在流場中添加物質，如有色液體、煙、絲線和固體粒子等，通過照相或肉眼觀察添加物隨流體運動的圖形。只要添加物足夠小，而且比重和流動介質接近，顯示出來的添加物運動的圖形就表示出氣流的運動。這是一種間接顯示法，特別適合於顯示定常流動。常用的有絲線法、煙流法、油流法、升華法、蒸汽屏法和液晶顯示法等六種：
①絲線法將絲線、羊毛等纖維粘貼在要觀察的模型表面或模型後的網格上，由絲線的運動（絲線轉動、抖動或倒轉） 可以判明氣流的方向和分離區的位置以及空間渦的位置、轉向等。圖6為一個模型實驗時機翼的絲線顯示氣體流動圖。現在又發展到用比絲線更細的尼龍絲，有時細到連肉眼都看不清。將尼龍絲用熒光染料處理後再粘在模型上。這種絲線在紫外線照射下顯示出來，並且可以拍攝下來。粘絲很細，對模型沒有影響，可同時進行測力實驗。此法稱為熒光絲線法。
②煙流法用風洞中特製煙管或模型上放出的煙流顯示氣體繞模型的流動圖形。這是一種很好的觀測方法。世界各國建設了不少煙風洞。通常是在風洞外把不易點燃的礦物油用金屬絲通電加熱而產生的煙引入風洞；也有將塗有油的不銹鋼或鎢絲放在模型前，實驗時通電將鎢絲加熱，產生細密的煙霧。為了保證煙束清晰不散，必須採用大收縮比的收縮段、穩定段或風洞入口加裝抗湍流網和採用吸振性能好的材料製造洞壁等措施，保持煙流為層流狀態。煙流法除用於觀察繞模型的流動，還可用來測量邊界層過渡點位置和研究渦流結構。圖7為模型煙流實驗中拍攝的照片。
③油流法在粘性的油中摻進適量指示劑（如炭黑）並滴入油酸，配製成糊狀液態物，均勻地塗在模型表面。實驗時通過指示劑顆粒沿流向形成的紋理結構，顯示出模型表面的流動圖形。如果油中加入少量熒光染料，則在紫外線照射下可以顯現出熒光條紋圖，稱為熒光油流圖。它可以顯示模型表面氣流流動方向、邊界層過渡點位置、氣流分離區、激波與邊界層相互干擾等流動現象。圖8為模型油流實驗照片。
④升華法將揮發性的液體或容易升華的固體噴塗在模型表面，依據塗料從模型上散失的速度與邊界層狀態有關的原理（在湍流邊界層內由於氣流的不規則運動導致該處蒸發量或升華量大於層流處）來區分邊界層狀態，確定過渡點的位置。
⑤蒸汽屏法在風洞中形成過飽和的蒸汽，在需要觀察的截面，垂直氣流方向射入一道平行光，氣流經過光面時，由於離心力的作用，旋渦內外蒸汽的含量是不同的，光的折射率因此不同，便能顯示出渦核的位置。此法多用來觀察大攻角脫體渦的位置。
⑥液晶顯示法利用液晶顏色隨溫度而改變的特性來識別層流、湍流邊界層和激波。液晶是一種油狀有機物，溫度較低時，無色透明，隨著溫度上升，便以紅、黃、綠、藍、無色的順序改變，能鑒別有微小溫差的層流和湍流邊界層流動以及激波前後的溫差。它適用於高速和超聲速流態觀察。液晶的塗法與漆類似，先稀釋，再噴塗。液晶對污物雜質敏感，噴塗時，模型表面必須干凈。 根據光束在氣體中的折射率隨氣流密度不同而改變的原理製造出來的光學儀器，如陰影儀、紋影儀、干涉儀（見風洞測試儀器）和全息照相裝置等，都可用來觀察氣體流動圖形。這種方法不在流場中添加其他物質，不會干擾氣體流動，而且可以在短時間內採集大量的空間數據。它是一種直接顯示方法，特別適合於觀察可壓縮流動和非定常流動，如激波、尾流和邊界層過渡等。
除了以上兩大類方法外，還有一種向流場中注入能量的方法。如在低密度風洞中向氣流發射電子束，使氣體分子激發出熒光，熒光的光通量與氣流密度大小有關。根據光通量的變化，就可以顯示出氣流密度的變化，這種方法可以顯示高超聲速稀薄氣體流動的激波位置和形狀以及用於定量測量流場密度。
70年代後期，發展出一種彩色照相圖示流態觀察技術。它用總壓探管在所測流場區域掃描，並將感受的壓力轉換成電壓值。根據不同的電壓觸發不同顏色的光，在照相機上曝光。通過多種顏色信號光記錄的流場等壓線圖，可以清晰地看到渦旋分布和飛機模型後的渦流圖像。這項技術最近發展成為直接把感測器感受的壓力信號記錄在磁帶上，並輸入計算機處理。感測器探頭可以用壓力探頭也可以用熱絲或熱膜或其他探頭。處理後的數據可由彩色電視顯示。因為不用照相裝置，而代之以計算機，這就帶來了很大的方便：可以一次處理很多數據（可以是一個也可以是好幾個探頭感受的數據）；顯示的顏色可多達4096種（但由於人眼解析度的限制，常用的也只有20～30種）；對於特別有興趣的區域可以放大和增加顏色詳細顯示；此外，還可以根據需要，旋轉顯示的數據平面，以得到從不同角度觀察的流場彩色顯示圖像。例如，可以在垂直風洞軸線的平面觀察，也可以在平行風洞軸線的平面或其他任意平面觀察。高解析度的彩色電視屏幕可以用顏色和箭頭表示流動方向。

㈢ 如何使用超高層幕牆風洞試驗數據

一、 說明 最近兩年高達 400 米以上的建築幕牆起來越來越多了，做為維護結構的幕牆體 系，結構受到外荷載不能再用均布風壓，來進行靜態計算評價它的強度和剛度變形， 現行的 JGJ-102-2003 和 GB50009-2001（2006 年版）規范和標准已經不能完全做為設 計依據，規范限定的建築幕牆高度 150 米以下，可以為有效的設計依據，至於 200 米以上到 500 米， 它除了結構力學特徵的約束外， 非線型動態風場作用在建築物的動 態變形計算， JGJ-102-2003 規范是極不完善也函蓋不了， 這里進入整體彈性力學變位、 振動等的力的特性將以新的科學理論來加以解釋和重新證實。 在現有荷載規范不能用 在超高層玻璃幕牆計算風荷載的情況下， 必須考慮用風洞試驗方法， 找到建築物及幕 牆的靜態受力體系和動態受力體系二者共同協調一起，來進行描述它的物理特性。 例如：廣州電視塔高度 465 米，廣州西塔建築物高為 432 米，用 JGJ-102-2003 規范進行力的特性計算是不可能完全接受的， 它的風荷載作用在建築外維護結構上許 多地方超出規范所規定的力學特徵和風振響應等效靜風荷載特性。 它的風荷載不能用 GB50009-2001（2006 年版）荷載公式：WZ=βZμZμSWO 計算。強度、剛度位移在超 高層的建築塔尖部位出現了無數個非定型的四-五自由度隨 0-360° 方向上分布風壓集 合，也會出現無窮個超高層頂部變形位移的軌跡，一般成非橢圓形分布。 我們關心是無窮個四維的非規律性橢圓位移軌跡， 和作用建築物風壓的最大值負 壓值，以及角轉位移的關系是什麼。因為必須確定塔尖段風振位移，和振起始點的旋 轉軸位置，一般是非常困難的。它用動態模擬計算也十分復雜，也就必須知道它的轉 動慣量 Jω 與旋轉有關的轉動慣矩積，是很麻煩的一項工作，因為這些軸之起始位置 在塔的高度上是變化的， 除了對這種建築物要做常規風洞試驗以外， 還要利用動相擬 准則進行動態四個自由度以上轉動及線型變化位移的計算和模擬計算。 這種振擺運動只要風存在，永遠不會停止，當然它和各個地區的統計風向，塔型 體型特徵有關，因此，模擬必須是相擬的，廣州電視塔的風洞試驗數據給出了 0-360° 風角不同位置時的最大正壓的值， 和最小負壓值， 一般給出的不同層高段作用建築表 面上區域上的壓力分布值， 這些風洞給出測量值不能直接用到計算作用在幕牆表面上 風壓，必須進行數據轉換處理，所測的風壓值與氣流端流度不同情況的壓力分布，換 算成這個測試區域的體型系數，然後再利用 GB50009-2001（2006 年版）標准進行計 算風壓值，但對風振位移變化只能用動態模擬進行模擬計算（計算機模型計算，利用 專用特殊有限元軟體） 。 二、建築幕牆外表面利用風動試驗數來確定風荷載的方法 2.1、 風洞試驗對幕牆設計的意義 目前非對稱奇異外型超高建築物（一般在 200-400 米以上）的風荷載計算用現 行 GB50009-2001（2006 年版）荷載規范和 JGJ-102-2003 規范來准確確定風荷 載值是困難的，像這類建築物幕牆外立面上風荷載，80%以上幕牆外立面上的 真實的風壓分布，比用上述兩個規范中給出計算風荷載： 即 （ MZ==βZμZμSWO）計算出的結果相差較大，後者偏高值右達 15-30%以上， 個別高出 1 倍以上（詳見本作者另一篇文章「風洞試驗給出風荷載與現行 GB50009-2001（2006 年版）及 JGJ-102-2003 規范計算結果比較分析」）可以 清楚看出它們之間的差異； 利用風動試驗結果對超高層的結構設計帶來非常經 濟的，會節約大量的結構材料，從某種角度來證明是一種最大節能設計，它的 貢獻遠遠大於做風洞試驗的試驗費用。當然風洞試驗有可能出現局部位置在 150-100 米以下，大於 GB50009-2001（2006 年版）規范計算的風荷載值，這 部分佔比例也不大，可以採用局部結構補強設計。

㈣ 風洞設備驗收應注意什麼

行業標准《建築工程風洞試驗方法標准》，編號為JGJ/T338-2014，自2015年8月1日起實施。

風洞試驗是確定建築工程結構風荷載的重要手段，是對《建築結構荷載規范》有關風荷載規定的必要補充。《建築工程風洞試驗方法標准》不僅為提高建築工程風洞試驗的質量、保證試驗結果的可靠性提供了重要的技術依據和標准，也為結構工程師與風工程研究、咨詢人員之間的溝通架起了橋梁，必將為建築工程結構抗風安全和風環境優化發揮重要作用。近日，主編金新陽研究員就標准條文要點進行了解讀，希望可以幫助設計人員更好地理解和應用標准。

試驗參數模擬

大氣邊界層：風洞試驗應按現行荷載規范規定的地面粗糙度類別模擬大氣邊界層。為保證大氣邊界層的模擬精度，對風洞內模擬風剖面的測點數量、覆蓋范圍、測點間距等都做了明確規定。

試驗模型：試驗模型應與試驗原型的幾何相似，應包括建築表面的主要建築部件和裝飾物，還應模擬周邊的環境，包括建築物、構築物、顯著突出的地形等。並對模型的阻塞比、與風洞壁的距離做了明確規定。

CFD數值模擬：對風環境風場模擬與舒適度評估、風致介質輸運、風致積雪漂移等特殊風工程問題，也可採用CFD數值模擬的方法。標准通過附錄A規定了數值模擬方法的基本要求。

風洞設備與標模測試 風洞：用於建築工程試驗的風洞設備，投入使用前應通過風洞的驗收和流場校測。驗收時，應對設備項參數、流場性能、運行狀態等做出結論，並形成驗收意見；流場校測要對氣流穩定性、背景湍流度、軸向靜壓梯度、流場不均勻度等指標進行測量。

測試設備：商業產品化的風洞試驗設備應具有合格證書和檢驗證書，自主研發的風洞試驗設備應滿足測試精度的要求，並規定了定期校準、日常維護、量程和精度等對試驗測試儀器的各項具體要求。

標模測試：標准按低矮建築和高層建築分別給出了兩類典型建築的標准模型和標准測試方法，用於檢驗風洞試驗系統的可靠性。標准中收集整理了以往國內公認先進風洞的試驗結果和現場實測結果，通過數據比較可以判斷風洞試驗結果的合理性。

風荷載試驗

風荷載試驗主要包括測壓試驗、測力試驗和氣動彈性模型試驗。根據三種不同類型試驗的特點，標准分別對各類試驗的適用范圍、試驗模型、試驗方法和成果應用做出規定。

測壓試驗：測壓試驗的目的是得到建築表面平均壓力和脈動壓力的分布，據此也可結合動力學分析方法進行風振計算，進一步獲得建築結構的位移、加速度等風致響應，為建築主體結構和圍護結構設計提供風荷載依據。

測力試驗：直接測量模型在風荷載作用下的彎矩、扭矩、剪力等整體受力以及動態響應。測量結果可用於估算基本振型接近直線的工程結構的風致響應。

氣動彈性模型試驗：氣彈試驗是為了可准確評估氣動彈性力而進行的，主要針對那些剛度和阻尼均較小、風致振動幅度較大、風和結構的耦合作用對結構響應的影響不可忽略的建築，如超高層建築、高聳結構、柔性屋蓋、索膜結構等。

最小風荷載限值：依據風洞試驗報告提供的風荷載，考慮風向的風速折減系數不應小於0.85，主結構風荷載不應低於按現行荷載規范計算值的70%，圍護結構風荷載不應低於按現行荷載規范計算值的80%。

風環境試驗

試驗目標：新建的建築物密集的大型商業或住宅區域，風環境可能對建築品質有較大影響，在研究建築方案時宜通過風環境試驗判斷方案的合理性，並對建築布局進行調整優化；建在現有城區的規模較大的新建工程，應通過風環境試驗評估其對既有區域的風環境造成的不利影響；對那些風環境要求較高的建築工程，如綠色建築，應評價和優化其周邊風環境的舒適度。

風環境評估：本標准在規定風環境評估准則時，參考了國內外的大量研究成果，並考慮到國內氣象資料相對並不完備的現實情況，給出了兩種不同的評估方法。在能夠獲得氣象資料時，可根據日最大風速記錄或者逐時風速記錄計算不同風速的發生頻率，參考Davenport的舒適度分級指標對風環境進行分類。而當缺乏氣象資料時，則可採用平均風速比對風環境舒適度作出定性評價，在所有風向下的平均風速比均不宜小於0.1，主導風向下的平均風速比不宜大於1.2。

結論 研究編制建築工程風洞試驗標准，對保證風洞試驗質量，提高試驗可靠性十分必要。風洞試驗經過數十年的發展已日趨成熟，其理論體系和工程應用時的分析框架已基本成型，標准編制時機已經成熟。但風洞試驗中仍然存在一些難點問題，在現有技術條件下尚無法完全解決，現有標准充分考慮了具體規定的可行性和可操作性，並將在實施中總結經驗，不斷完善。

㈤ 什麼是風洞實驗

在流體力學和昆蟲化學生態學方面兩個相同的名詞。它們都叫做「風洞實驗」。

可以指飛行器（包括飛機）的流體力學設計實驗；而昆蟲上則是在一個有流通空氣的矩形空間中，觀察活體蟲子對氣味物質的行為反應。
分類和原理

空氣動力學實 驗分實物實驗和模型實驗兩大類 。實物實驗如飛機飛行實驗和導彈實彈發射實驗等，不會發生模型和環境等模擬失真問題，一直是鑒定飛行器氣動性能和校準其他實驗結果的最終手段，這類實驗的費用昂貴，條件也難控制，而且不可能在產品研製的初始階段進行，故空氣動力學實驗一般多指模型實驗。空氣動力學實驗按空氣（或其他氣體）與模型（或實物）產生相對運動的方式不同可分為3類：①空氣運動，模型不動，如風洞實驗 。②空氣靜止，物體或模型運動，如飛行實驗、模型自由飛實驗（有動力或無動力飛行器模型在空氣中飛行而進行實驗）、火箭橇實驗（用火箭推進的在軌道上高速行駛的滑車攜帶模型進行實驗）、旋臂實驗（旋臂機攜帶模型旋轉而進行實驗）等。③空氣和模型都運動，如風洞自由飛實驗（相對風洞氣流投射模型而進行實驗）、尾旋實驗（在尾旋風洞上升氣流中投入模型，並使其進入尾旋狀態而進行實驗）等。進行模型實驗時，應保證模型流場與真實流場之間的相似，即除保證模型與實物幾何相似以外，還應使兩個流場有關的相似准數，如雷諾數、馬赫數、普朗特數等對應相等（見流體力學相似准數）。實際上，在一般模型實驗（如風洞實驗）條件下，很難保證這些相似准數全部相等，只能根據具體情況使主要相似准數相等或達到自准范圍。例如涉及粘性或阻力的實驗應使雷諾數相等；對於可壓縮流動的實驗，必須保證馬赫數相等，等等。應該滿足而未能滿足相似准數相等而導致的實驗誤差，有時也可通過數據修正予以消除，如雷諾數修正。洞壁和模型支架對流場的干擾也應修正。空氣動力學實驗主要測量氣流參數，觀測流動現象和狀態，測定作用在模型上的氣動力等。實驗結果一般都整理成無量綱的相似准數，以便從模型推廣到實物。
風洞和風洞實驗 風洞是進行空氣動力學實驗的一種主要設備，幾乎絕大多數的空氣動力學實驗都在各種類型的風洞中進行。風洞的原理是使用動力裝置在一個專門設計的管道內驅動一股可控氣流，使其流過安置在實驗段的靜止模型，模擬實物在靜止空氣中的運動。測量作用在模型上的空氣動力，觀測模型表面及周圍的流動現象。根據相似理論將實驗結果整理成可用於實物的相似准數。實驗段是風洞的中心部件，實驗段流場應模擬真實流場，其氣流品質如均勻度、穩定度（指參數隨時間變化的情況）、湍流度等，應達到一定指標。風洞主要按實驗段速度范圍分類，速度范圍不同，其工作原理、型式、結構及典型尺寸也各異。低速風洞：實驗段速度范圍為0～100 米／秒或馬赫數Ma＝0～0.3左右 ；亞聲速風洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨聲速風洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超聲速風洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超聲速風洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超聲速風洞Ma＞10（或12）。風洞實驗的主要優點是：①實驗條件（包括氣流狀態和模型狀態兩方面）易於控制。②流動參數可各自獨立變化。③模型靜止，測量方便而且容易准確。④一般不受大氣環境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動力學實驗手段相比，價廉、可靠等。缺點是難以滿足全部相似准數相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過數據修正方法部分或大部克服。
風洞實驗的主要項目有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用於模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用於為飛行器設計提供氣動特性數據。傳熱實驗主要用於研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現象。動態模型實驗包括顫振、抖振和動穩定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結構剛度、質量分布和變形。流態觀測實驗廣泛用於研究流動的基本現象和機理。計算機在風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。

㈥ 什麼是風洞，主要用於做什麼科學實驗

風洞復（wind tunnel）即風洞實驗室，是以人工的制方式產生並且控制氣流，用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況，並可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。
研究空氣動力學的重要實驗裝置。。。

㈦ 什麼是風洞試驗

什麼是風洞

風洞一般稱之為風洞試驗。簡單地講，就是依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境中，人為製造氣流流過，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態，獲取試驗數據。這是現代飛機、導彈、火箭等研製定型和生產的「綠色通道」。簡單的說，風洞就是在地面上人為地創造一個「天空」。至於我們國家的風洞為什麼會選擇建在大山深處，那是歷史原因造成的。

發達國家如何發展空氣動力學

空氣動力學是目前世界科學領域里最為活躍、最具有發展潛力的學科之一。世界各發達國家對空氣動力學的發展都給予了高度重視，不惜花費巨額資金建設空氣動力試驗設施並開展研究工作。

美國早在80年代中期出台的震撼全球的超級跨世紀工程——「星球大戰」計劃中，就曾把作為基礎學科的空氣動力學放在非常突出的重要位置上。的確，如果不先在空氣動力學上獲得重大突破，這個將耗資1萬億美元的超級工程，很多關鍵技術將無法解決。緊接著在1985年發表的「美國航空航天2000年」中，也把空氣動力學列為需要解決的七個問題中的第一個。而剩下的六個問題中還有四個與空氣動力學有關。這使美國花費巨額投資研製了每秒20億次的超級計算機專門為空氣動力學研究服務。

前蘇聯在「十月革命」勝利後的第二年，列寧就下令組建了國家空氣動力研究機構——中央流體動力研究院，並任命「俄羅斯航空之父」茹可夫斯基擔任院長，這一決策為前蘇聯成為世界上另一個航天大國奠定了堅實的基礎。二次大戰之前，斯大林曾下令建造了世界上第一座可用於進行整架飛機試驗的全尺寸風洞。與美國相比，前蘇聯在空氣動力學的整體水平上毫不遜色，甚至在許多方面都領先於美國，它在航空航天領域取得的一系列成就足以說明這一點。

英、法兩國在二次大戰前均為名列前茅的老牌航空先進國家，然而戰後他們突然發現自己比美、蘇等國落後了一截，於是兩國重振旗鼓、奮起直追。在戰後第二年，法國政府便決定把因戰爭和被佔領分散到全國各地的研究機構組織到一起，組建了國家空氣動力研究機構，並在阿爾卑斯山腹地開始創建莫當試驗中心，堪稱世界一流的大功率空氣動力試驗風洞設備。曾經發明了世界上第一座風洞的英國人更是不甘落後，除了政府加強對空氣動力學的領導規劃之外，充分利用大學進行基礎學科的研究。據有關資料透露，在英國的46所大學里，至少有30個以上高水平的空氣動力研究試驗室。

日本在戰後受到限制的情況下，航空工業曾有過長達8年的空白。但在此期間，其基礎研究——空氣動力學則進展神速。僅60年代，就先後仿製出11種飛機，自行設計8種飛機。

㈧ 風洞實驗是如何進行的

風洞是進行空氣動力學實驗的一種主要設備，幾乎絕大多數的空氣動力學實驗都在各種類型的風洞中進行。風洞的原理是使用動力裝置在一個專門設計的管道內驅動一股可控氣流，使其流過安置在實驗段的靜止模型，模擬實物在靜止空氣中的運動。測量作用在模型上的空氣動力，觀測模型表面及周圍的流動現象。根據相似理論將實驗結果整理成可用於實物的相似准數。實驗段是風洞的中心部件，實驗段流場應模擬真實流場，其氣流品質如均勻度、穩定度（指參數隨時間變化的情況）、湍流度等，應達到一定指標。風洞主要按實驗段速度范圍分類，速度范圍不同，其工作原理、型式、結構及典型尺寸也各異。低速風洞：實驗段速度范圍為0～100 米／秒或馬赫數Ma＝0～0.3左右 ；亞聲速風洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨聲速風洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超聲速風洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超聲速風洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超聲速風洞Ma＞10（或12）。風洞實驗的主要優點是：①實驗條件（包括氣流狀態和模型狀態兩方面）易於控制。②流動參數可各自獨立變化。③模型靜止，測量方便而且容易准確。④一般不受大氣環境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動力學實驗手段相比，價廉、可靠等。缺點是難以滿足全部相似准數相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過數據修正方法部分或大部克服。

風洞實驗的主要項目有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用於模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用於為飛行器設計提供氣動特性數據。傳熱實驗主要用於研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現象。動態模型實驗包括顫振、抖振和動穩定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結構剛度、質量分布和變形。流態觀測實驗廣泛用於研究流動的基本現象和機理。計算機在風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。

㈨ 有誰能告訴我做一個建築工程風洞試驗，檢測費用大概在什麼范圍急急急急，謝謝各位了

（1）首先要確定試驗目的。是做剛性模型試驗還是彈性模型試驗，通 常工程應用多為前者；此外是僅測平均風壓還是要測脈動風壓，一般對於比較剛的結構僅測平均風壓就夠了，而對於相對較柔的結構（比如幕牆結構），則需要測脈 動風壓；另外，是測整個結構的風壓還是局部風壓等等，這些問題都要事先確定好，必要時要多聽聽專家的意見。一般來講，測試的要求越簡單、項目越少，費用也 就越低。

（2）根據前面的具體要求，選擇試驗機構。這一點很重要，因為好的風洞試驗室試驗設備比較先進，而且那裡有好多風工程方面的專家，這樣就可以使你的試驗數 據更准確、更可靠。目前國內在結構風工程方面比較好的風洞實驗室有：同濟大學風洞實驗室和汕頭大學風洞實驗室等。這些實驗室的條件可以說是國內一流的，當 然其費用也會相對的貴一點，而且由於到那裡做實驗的人較多，通常需要排隊^_^。需要強調的一點是，對於建築模型試驗，最好選擇大氣邊界層風洞，不要選擇 航空風洞；因為航空風洞的試驗段長度太短，對近地面自然風的模擬通常不理想。

（3）模型製作。一般來講，模型製作可以委託風洞實驗室人員來完成；不過有一些基本要求還是應該做到心裡有數。比如，模型的縮尺、測壓點的多少等。模型的 縮尺一般與風洞的試驗段大小有關，太大了會影響風洞的阻塞度，太小了布測點比較困難；測壓點的布置也比較有學問，通常在風壓變化比較劇烈的區域要布置得比 較密一些。此外，還要注意在實際結構的周圍有沒有比較顯著的建築物或山丘等，如果有也要模擬出來，因為它們對會直接影響到結構表面的風場。

（4）實驗方案的確定。包括試驗風速、風向、時間等。這些可以與實驗人員一起討論完成。最主要的是不要丟項，否則等實驗作完了再去補測就很困難了。

（5）有了上述准備工作，你就可以放心的吹了。不過，還不要掉以輕心，試驗時要隨時觀察各項數據的變化，一旦發現有與原來設想不一樣的地方就要及時查找原因，甚至對實驗方案進行調整。

（6）實驗數據的處理。這是一項技術性很強的工作，一般實驗機構完成。他們會給你提供一份試驗報告，包括具體的風壓系數分布和設計建議等。不過要強調的一 點是，在進行具體的抗風設計時，千萬不要完全依賴實驗結果，要有選擇的參考。因為在風洞實驗結果中不可避免的包含了人員及設備的誤差，而且就風洞實驗技術 本身來說，目前也有一些不完善的地方。

好了，說了這么多，現在該是揭曉謎底的時候了。根據實驗要求的不同、試驗地點的不同以及結構的復雜程度，實驗費用的差別較大，大約在5～15萬之間。一般對於中等規模的風洞實驗，其費用不會超過10萬元。

㈩ 如何做一個簡單的風洞實驗

風洞是空氣動力學實驗的主要設備。

進行空氣動力學研究的一種基本手段，通過實驗途徑研究空氣運動規律以及空氣與相對運動物體（ 主要是飛行器 ）之間的相互作用。

分類和原理

空氣動力學實 驗分實物實驗和模型實驗兩大類 。實物實驗如飛機飛行實驗和導彈實彈發射實驗等，不會發生模型和環境等模擬失真問題，一直是鑒定飛行器氣動性能和校準其他實驗結果的最終手段，這類實驗的費用昂貴，條件也難控制，而且不可能在產品研製的初始階段進行，故空氣動力學實驗一般多指模型實驗。空氣動力學實驗按空氣（或其他氣體）與模型（或實物）產生相對運動的方式不同可分為3類：①空氣運動，模型不動，如風洞實驗 。②空氣靜止，物體或模型運動，如飛行實驗、模型自由飛實驗（有動力或無動力飛行器模型在空氣中飛行而進行實驗）、火箭橇實驗（用火箭推進的在軌道上高速行駛的滑車攜帶模型進行實驗）、旋臂實驗（旋臂機攜帶模型旋轉而進行實驗）等。③空氣和模型都運動，如風洞自由飛實驗（相對風洞氣流投射模型而進行實驗）、尾旋實驗（在尾旋風洞上升氣流中投入模型，並使其進入尾旋狀態而進行實驗）等。進行模型實驗時，應保證模型流場與真實流場之間的相似，即除保證模型與實物幾何相似以外，還應使兩個流場有關的相似准數，如雷諾數、馬赫數、普朗特數等對應相等（見流體力學相似准數）。實際上，在一般模型實驗（如風洞實驗）條件下，很難保證這些相似准數全部相等，只能根據具體情況使主要相似准數相等或達到自准范圍。例如涉及粘性或阻力的實驗應使雷諾數相等；對於可壓縮流動的實驗，必須保證馬赫數相等，等等。應該滿足而未能滿足相似准數相等而導致的實驗誤差，有時也可通過數據修正予以消除，如雷諾數修正。洞壁和模型支架對流場的干擾也應修正。空氣動力學實驗主要測量氣流參數，觀測流動現象和狀態，測定作用在模型上的氣動力等。實驗結果一般都整理成無量綱的相似准數，以便從模型推廣到實物。
風洞和風洞實驗 風洞是進行空氣動力學實驗的一種主要設備，幾乎絕大多數的空氣動力學實驗都在各種類型的風洞中進行。風洞的原理是使用動力裝置在一個專門設計的管道內驅動一股可控氣流，使其流過安置在實驗段的靜止模型，模擬實物在靜止空氣中的運動。測量作用在模型上的空氣動力，觀測模型表面及周圍的流動現象。根據相似理論將實驗結果整理成可用於實物的相似准數。實驗段是風洞的中心部件，實驗段流場應模擬真實流場，其氣流品質如均勻度、穩定度（指參數隨時間變化的情況）、湍流度等，應達到一定指標。風洞主要按實驗段速度范圍分類，速度范圍不同，其工作原理、型式、結構及典型尺寸也各異。低速風洞：實驗段速度范圍為0～100 米／秒或馬赫數Ma＝0～0.3左右 ；亞聲速風洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨聲速風洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超聲速風洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超聲速風洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超聲速風洞Ma＞10（或12）。風洞實驗的主要優點是：①實驗條件（包括氣流狀態和模型狀態兩方面）易於控制。②流動參數可各自獨立變化。③模型靜止，測量方便而且容易准確。④一般不受大氣環境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動力學實驗手段相比，價廉、可靠等。缺點是難以滿足全部相似准數相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過數據修正方法部分或大部克服。
風洞實驗的主要項目有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用於模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用於為飛行器設計提供氣動特性數據。傳熱實驗主要用於研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現象。動態模型實驗包括顫振、抖振和動穩定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結構剛度、質量分布和變形。流態觀測實驗廣泛用於研究流動的基本現象和機理。計算機在風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。