建筑工程风洞实验方法

㈠ 什么样的建筑工程（不是航天工程）需要做风洞试验，什么原理风洞要预先留置在大楼的什么位置

风洞试验不是你理解的在大楼里搞一个洞。它应该是一个模型。那些摩天大楼在设计时可能会做风洞试验，就是模拟大楼受风载时的受力。

㈡ 风洞实验的分类

流体力学方面的风洞实验的主要分类有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件（如飞行器模型中的一个机翼等）的气动力及表面压强分布，多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等 ，要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。高速计算机在在以上风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。 测力实验是利用风洞天平（见风洞测试仪器）测量作用在模型上的空气动力和力矩的风洞实验。它是风洞实验中最重要的实验项目之一。测力实验主要有：全模型和部件的纵向和横向测力实验、喷流实验、静气动弹性实验、外挂物测力和投放轨迹实验等。
全模型和部件的纵向和横向测力实验是测量沿模型上三个互相垂直轴的力和绕三个轴的力矩的实验，其中无测滑的实验为纵向实验，有测滑的为横向实验。模型由腹部支杆或尾支杆支撑于风洞中（图1和图2）。
为研究各部件的贡献和干扰，除采用全模和部件组拆实验外，更精确的方法是在模型内安装多台天平，同时测量全机和部件的气动力。对于有对称面的飞行器，在绕流对称的条件下，可以洞壁或反射平板为对称面，取模型的一半做实验。这种实验称为半模实验，其优点是模型可做得大些，雷诺数可以高些，无尾支杆干扰，制造方便和经济。缺点是存在洞壁边界层和缝隙的影响以及仅能进行纵向实验。喷流实验是测量飞行器发动机喷流对飞行器机体气动特性影响的实验。在风洞中要精确模拟喷流是很困难的。除模拟自由流马赫数Mα∞、比热比γ和喷管几何形状外，还要模拟出口与自由流静压比pj/p∞、出口马赫数Mαj、喷流比热比γ1、普适气体常数与热力学温度乘积比(RT)j/(RT)∞等相似参数。通常只能有选择地模拟其中一些项目，例如，一般当喷口处于飞行器底部时，可用冷空气模拟喷流。当喷口处于飞行器底部上游时，还应模拟γ1和(RT)j/(RT)∞。火箭发动机喷流模拟以用缩尺火箭发动机为宜。喷流实验的关键在于研制高精度天平、小干扰的支架和不传力的输气密封系统。
静气动弹性实验是测量模型刚度对气动特性影响的实验。通常风洞实验中的模型都是用强度和刚度较大的金属制作的，而真实飞行器的刚度比模型低得多。因此，需制造一种由金属作骨架、用轻木或塑料作填料、能模拟飞行器各部件弯曲和扭转刚度的弹性模型，把它放在风洞中作模拟飞行条件的高动压实验，测量对模型刚度的影响，修正刚体模型实验的数据。
外挂物测力和投放轨迹实验是测量飞行器外挂油箱、炸弹或其他物体的气动力和外挂物投放轨迹的实验。由于风洞尺寸的限制，风洞中外挂物模型很小，测量很困难。早期的实验是设计专门的外挂物天平。天平可以放在外挂物模型或者它的挂架内直接测量。外挂物投放轨迹是用高速摄影或多次曝光技术对自由投放的模型进行照相记录。图3是在低速风洞中用多次曝光法拍摄的外挂物投放轨迹照片。这种方法简便、直观，但要模拟弗劳德数，所以模型设计和调整很困难。20世纪60年代以来，发展出一种双天平测量系统，母机模型和外挂物分别支撑在各自的天平上。实验时首先测量外挂物和母机的气动力，输入计算机，由运动方程和给定的时间间隔算出外挂物在气动力作用下运动的下一个位置，然后操纵外挂物运动到计算位置再进行测量。一直到所要求的轨迹测出为止。这时，母机和外挂物所有瞬间的气动力也同时测出。这种方法不要求模型动力相似，模型可多次使用。同时，这套装置也可以用于其他双体实验或大攻角失速后运动轨迹测量等。缺点是精度要求较高，制造费用大。
除上述实验外，还有一些专门的测力实验，如铰链力矩测量、摩阻测量、进气道阻力测量、马格纳斯力和力矩（见马格纳斯效应）测量等，这些都要有专门设计的天平。
测压实验 风洞洞壁、模型表面上各点和气流中各点的当地压力参数测量。对应于流场的每一点，有一个总压p0和一个静压p∞。总压是假想气流等熵绝热地滞止，最后流速降为零时所能达到的压力。静压是气流内部相互作用的流层之间的法向力。在不可压缩流体中，总压和静压之差，即该流动点上由于气流动力效应引起的压力增高（p0－p∞），称为动压或速压q∞。气流压力的测量，是空气动力实验中最基本的测量项目之一。
1738年，丹尼尔第一·伯努利就确立了无粘性不可压缩流体中压力与速度之间的关系，后称为伯努利定理。这个定理后来被推广到可压缩流体。因为测量气流压力比较容易，故风洞实验中常借助测量气流的压力来推求速度。
物体表面某一点（如第i点）的压力pi，常以无量纲形式的压力系数Cρii表示。如果p∞和q∞分别代表远前方未扰动气流的静压和动压，则Cρii是该点的剩余压力（pi－q∞）与动压q∞之比。
风洞中最常见的测压实验是模型表面压力分布测量。模型表面上直接开有测压孔。通过实验，可以了解局部流动特性并积分出总的气动特性。常见的有飞行器测压、汽车测压和建筑物测压等。进气道测压实验是通过进气道表面测压孔和管道内排管的压力测量，以得到进气道的流量- 总压恢复特性。风洞流场校测中速度场、压力场、方向场的测量也是通过测压进行的。此外，边界层压力测量也是经常进行的实验项目。有时还通过二元物体尾流压力测量来推算物体的阻力。所以风洞测压实验在工程设计和研究工作中得到广泛应用。
风洞中气流总压、静压测量用总压、静压探测管和压力计或压力传感器。图4和图5示出一般总压管和静压管的结构。总压或静压排管可同时获得许多测压数据。但管与管之间的相互影响要小。模型表面压力测量孔要求垂直当地物面，孔缘处平滑不得有毛刺。静压探测管上静压孔位置的选择特别重要，应使它受静压管头部和支柄的综合影响最小。测压设备中压力传输的管路不能太长，否则管内压力达到平衡要用很长时间。 在气流和模型作相对高速运动的条件下，测定气流沿模型绕流所引起的对模型表面气动加热的一种实验。当飞行器飞行马赫数大于3时，必须考虑气动加热对飞行器外形、表面粗糙度和结构的影响。风洞传热实验的目的是为飞行器防热设计提供可靠的热环境数据，实验项目包括：光滑和粗糙表面的热流实验，边界层过渡、质量注入对热流影响的实验，台阶、缝隙、激波和边界层等分离流热流实验等。在风洞传热实验中一般略去热辐射，只考虑对流加热，要模拟的是马赫数、雷诺数、壁温比、相对粗糙度（粗糙度与边界层位移厚度之比）、质量注入率、自由湍流度等参数。在一般高超声速风洞、脉冲风洞、激波风洞、电弧加热器、低密度风洞和弹道靶中都能进行传热实验，但都不能全面模拟上述参数。因此，必须对不同设备的实验数据进行综合分析。风洞传热实验的方法有两类：一类是确定热流密度分布的热测绘技术，如在模型表面涂以相变材料，通过记录等温线随时间的扩展过程进行热测绘；又如在模型表面涂以漆和粉末磷光材料的混合物，通过记录磷光体的亮度分布转求热流密度分布（后一方法响应快，灵敏度高）。热测绘技术可以提供丰富的气动加热资料，但精度较低。另一类是热测量技术，利用量热计进行分散点的热测量，一般是在一维热传导的假定下通过测量温度随时间的变化率测量热流密度。在一般高超声速风洞中常用的量热计有两种：①薄壁量热计，使用它时要求模型的壁做得很薄，以使模型在受热时，内外表面的温度接近相等，在内表面安装温差电偶，用以测量温度随时间的变化来推算热流密度。②加登计，是R.加登在1953年提出的，它是基于受热元件的中心和边缘之间的温度梯度和热流密度有一定的关系进行测量的。薄壁量热计和加登计由于达到温度平衡需要较长的时间，不能用于脉冲风洞。在脉冲风洞中，可采用塞形量热计和薄膜电阻温度计进行测量。塞形量热计是利用量热元件吸收传入其中的热量，然后测量元件的平均温度变化率再计算表面热流密度。
风洞传热实验必须恰当地解决模型设计、防护、冷却和信号传输等问题，还要研究模拟技术，缩小传感器尺寸，解决传感器的稳定性问题，以及确定实验中各种不确定因素对实验结果精度的影响。 确定模型对气流的相对运动和模型上的气动力随时间变化的实验，包括颤振实验、抖振实验、动稳定性实验、操纵面嗡鸣实验、非定常压力测量等。
颤振实验 颤振是飞行器在气动力、结构弹性力和惯性力相互作用下从气流中吸取能量而引起的自激振动。它一旦发生，就很可能造成结构的破坏。进行风洞颤振试验，旨在选择对防颤振有利的结构方案（见颤振试验）。
抖振实验 抖振是气流分离所激起的飞行器结构振动。作低速大攻角飞行时，举力面上气流分离达一定程度后就会出现抖振，这类抖振称为举力型抖振。作跨声速飞行时由于激波的诱导作用，使抖振起始攻角明显减小。此外，还有由于气流分离造成的非举力型抖振。抖振影响飞机的结构强度和疲劳寿命，会使武器系统和电子仪器的工作不正常，使乘员不舒适。抖振起始攻角所对应的举力系数（见举力）随马赫数的变化曲线，称为抖振边界。抖振边界越高，飞机的最小平飞速度越低，飞行中的机动性和安全性越好。抖振实验是要测定抖振边界和抖振载荷。测定抖振边界可采用方均根弯矩法和后缘静压发散法等。所谓方均根弯矩法，就是在模型翼根粘贴应变片，测定某一马赫数不同攻角下与翼根弯矩成比例的方均根电平值，将电平值开始急剧增大的转变点所对应的攻角确定为抖振起始攻角的方法。所谓后缘静压发散法，就是利用气流分离后翼面后缘静压迅速增加的原理来进行测量的方法。除要求模型与实物保持气动力相似外，还要求模拟一阶弯曲频率。抖振实验对风洞噪声级、湍流度以及模型表面的边界层状态都有较严格的要求。
动稳定性实验 测定动导数的实验。动导数是气动力和力矩对运动参量时间变化率的导数，例如是滚转力矩mx对滚转角速度ωx的导数，通常起阻尼作用，又称滚转阻尼导数。动导数实验一般采用刚性模型，除气动力相似外，还要求减缩频率ωL/v与实物相同，其中ω为振动频率；L为特征长度；v为气流速度。在风洞中测量动导数一般采用自由振动法或受迫振动法。自由振动法是给模型以一定的初始位移后把它释放出去，使它在气流中作自由衰减振动，根据所记录的模型位移时间历程来确定动导数。此法设备简单，但受风洞背景噪声等外界干扰影响较大，准确度不高。受迫振动法是对模型系统施加一定频率的正弦激振力矩，在此过程中，通过测量仪器，测定它的激振力矩和模型振动角位移之间的相位差，从而确定动导数。此外，还可以用风洞模型自由飞的方法测量动导数。
操纵面嗡鸣实验 操纵面嗡鸣是飞行器作跨声速飞行时由于翼面上的激波、波后的边界层分离和操纵面偏转的相互作用而产生的单自由度不稳定运动。操纵面嗡鸣对马赫数很敏感。发生嗡鸣会降低操纵效率甚至使操纵失效，严重时将导致结构的疲劳破坏。通过嗡鸣实验，可以确定飞行器操纵面振动的性质，提供排除振动的方法和确定刚度指标。嗡鸣实验模型由刚性主翼和操纵面组成，可用弹簧片模拟操纵系统刚度。操纵系统结构阻尼应大致和实物相当。实验时用应变测量系统测定振动波形，也可用方均根电平记录仪测量振动强度。
非定常压力测量 这种测量是研究非定常气动力的基本手段。测量方法有两种：一种是用埋在模型里的微型压力传感器同时测量许多点的非定常压力；另一种是在模型里安置许多压力管，通过压力管测量非定常压力，而压力管则通过扫描阀与传感器相连。采用后一种方法，必须作吹风状态下管路动态传递特性的修正。
在动态实验中，风洞背景噪声对实验结果的准确度有很大的影响，因此，除对风洞的噪声级作出限制外，还必须在实验技术上减小风洞噪声的影响，如在数据处理中，采用相关滤波、总体平均等方法。配备能进行快速傅里叶变换的动态分析设备，可以明显提高动态实验的能力，实现实时分析。
流态观察实验 借助物理和化学的手段使风洞中无色透明的气流成为可见气流的实验方法。利用这种技术能够用肉眼或其他辅助手段直接观察到气体流动的物理图像，从而加深对气体流动机理的了解并及时发现气体流动中存在的问题。还可以用观察的结果验证一些理论、假说并帮助建立复杂流动问题的数学模型。这种技术是空气动力实验的一种基该方法。
自然界中存在着许多能显示流体流动的现象。水面飘浮物体的运动往往表明水流方向；生火时产生的烟则显示了热空气上升和扩散的图形。在实验室内用流态显示技术进行科学研究始于19世纪末。1883年O.雷诺把一股染色水引入管流中，根据染色水是色彩清晰的规则流动还是紊乱流动来判别管中流动是层流还是湍流。1893年，L.马赫在风洞中用丝线和烟流观察了气流绕垂直安放的一块平板流动的情况。随着风洞的发展和科学技术的进步，流态观察方法也越来越多。
风洞中流态观察方法大致为分两类：第一类是示踪方法；第二类是光学方法。
示踪方法
是在流场中添加物质，如有色液体、烟、丝线和固体粒子等，通过照相或肉眼观察添加物随流体运动的图形。只要添加物足够小，而且比重和流动介质接近，显示出来的添加物运动的图形就表示出气流的运动。这是一种间接显示法，特别适合于显示定常流动。常用的有丝线法、烟流法、油流法、升华法、蒸汽屏法和液晶显示法等六种：
①丝线法将丝线、羊毛等纤维粘贴在要观察的模型表面或模型后的网格上，由丝线的运动（丝线转动、抖动或倒转） 可以判明气流的方向和分离区的位置以及空间涡的位置、转向等。图6为一个模型实验时机翼的丝线显示气体流动图。现在又发展到用比丝线更细的尼龙丝，有时细到连肉眼都看不清。将尼龙丝用荧光染料处理后再粘在模型上。这种丝线在紫外线照射下显示出来，并且可以拍摄下来。粘丝很细，对模型没有影响，可同时进行测力实验。此法称为荧光丝线法。
②烟流法用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流显示气体绕模型的流动图形。这是一种很好的观测方法。世界各国建设了不少烟风洞。通常是在风洞外把不易点燃的矿物油用金属丝通电加热而产生的烟引入风洞；也有将涂有油的不锈钢或钨丝放在模型前，实验时通电将钨丝加热，产生细密的烟雾。为了保证烟束清晰不散，必须采用大收缩比的收缩段、稳定段或风洞入口加装抗湍流网和采用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，保持烟流为层流状态。烟流法除用于观察绕模型的流动，还可用来测量边界层过渡点位置和研究涡流结构。图7为模型烟流实验中拍摄的照片。
③油流法在粘性的油中掺进适量指示剂（如炭黑）并滴入油酸，配制成糊状液态物，均匀地涂在模型表面。实验时通过指示剂颗粒沿流向形成的纹理结构，显示出模型表面的流动图形。如果油中加入少量荧光染料，则在紫外线照射下可以显现出荧光条纹图，称为荧光油流图。它可以显示模型表面气流流动方向、边界层过渡点位置、气流分离区、激波与边界层相互干扰等流动现象。图8为模型油流实验照片。
④升华法将挥发性的液体或容易升华的固体喷涂在模型表面，依据涂料从模型上散失的速度与边界层状态有关的原理（在湍流边界层内由于气流的不规则运动导致该处蒸发量或升华量大于层流处）来区分边界层状态，确定过渡点的位置。
⑤蒸汽屏法在风洞中形成过饱和的蒸汽，在需要观察的截面，垂直气流方向射入一道平行光，气流经过光面时，由于离心力的作用，旋涡内外蒸汽的含量是不同的，光的折射率因此不同，便能显示出涡核的位置。此法多用来观察大攻角脱体涡的位置。
⑥液晶显示法利用液晶颜色随温度而改变的特性来识别层流、湍流边界层和激波。液晶是一种油状有机物，温度较低时，无色透明，随着温度上升，便以红、黄、绿、蓝、无色的顺序改变，能鉴别有微小温差的层流和湍流边界层流动以及激波前后的温差。它适用于高速和超声速流态观察。液晶的涂法与漆类似，先稀释，再喷涂。液晶对污物杂质敏感，喷涂时，模型表面必须干净。 根据光束在气体中的折射率随气流密度不同而改变的原理制造出来的光学仪器，如阴影仪、纹影仪、干涉仪（见风洞测试仪器）和全息照相装置等，都可用来观察气体流动图形。这种方法不在流场中添加其他物质，不会干扰气体流动，而且可以在短时间内采集大量的空间数据。它是一种直接显示方法，特别适合于观察可压缩流动和非定常流动，如激波、尾流和边界层过渡等。
除了以上两大类方法外，还有一种向流场中注入能量的方法。如在低密度风洞中向气流发射电子束，使气体分子激发出荧光，荧光的光通量与气流密度大小有关。根据光通量的变化，就可以显示出气流密度的变化，这种方法可以显示高超声速稀薄气体流动的激波位置和形状以及用于定量测量流场密度。
70年代后期，发展出一种彩色照相图示流态观察技术。它用总压探管在所测流场区域扫描，并将感受的压力转换成电压值。根据不同的电压触发不同颜色的光，在照相机上曝光。通过多种颜色信号光记录的流场等压线图，可以清晰地看到涡旋分布和飞机模型后的涡流图像。这项技术最近发展成为直接把传感器感受的压力信号记录在磁带上，并输入计算机处理。传感器探头可以用压力探头也可以用热丝或热膜或其他探头。处理后的数据可由彩色电视显示。因为不用照相装置，而代之以计算机，这就带来了很大的方便：可以一次处理很多数据（可以是一个也可以是好几个探头感受的数据）；显示的颜色可多达4096种（但由于人眼分辨率的限制，常用的也只有20～30种）；对于特别有兴趣的区域可以放大和增加颜色详细显示；此外，还可以根据需要，旋转显示的数据平面，以得到从不同角度观察的流场彩色显示图像。例如，可以在垂直风洞轴线的平面观察，也可以在平行风洞轴线的平面或其他任意平面观察。高分辨率的彩色电视屏幕可以用颜色和箭头表示流动方向。

㈢ 如何使用超高层幕墙风洞试验数据

一、 说明 最近两年高达 400 米以上的建筑幕墙起来越来越多了，做为维护结构的幕墙体 系，结构受到外荷载不能再用均布风压，来进行静态计算评价它的强度和刚度变形， 现行的 JGJ-102-2003 和 GB50009-2001（2006 年版）规范和标准已经不能完全做为设 计依据，规范限定的建筑幕墙高度 150 米以下，可以为有效的设计依据，至于 200 米以上到 500 米， 它除了结构力学特征的约束外， 非线型动态风场作用在建筑物的动 态变形计算， JGJ-102-2003 规范是极不完善也函盖不了， 这里进入整体弹性力学变位、 振动等的力的特性将以新的科学理论来加以解释和重新证实。 在现有荷载规范不能用 在超高层玻璃幕墙计算风荷载的情况下， 必须考虑用风洞试验方法， 找到建筑物及幕 墙的静态受力体系和动态受力体系二者共同协调一起，来进行描述它的物理特性。 例如：广州电视塔高度 465 米，广州西塔建筑物高为 432 米，用 JGJ-102-2003 规范进行力的特性计算是不可能完全接受的， 它的风荷载作用在建筑外维护结构上许 多地方超出规范所规定的力学特征和风振响应等效静风荷载特性。 它的风荷载不能用 GB50009-2001（2006 年版）荷载公式：WZ=βZμZμSWO 计算。强度、刚度位移在超 高层的建筑塔尖部位出现了无数个非定型的四-五自由度随 0-360° 方向上分布风压集 合，也会出现无穷个超高层顶部变形位移的轨迹，一般成非椭圆形分布。 我们关心是无穷个四维的非规律性椭圆位移轨迹， 和作用建筑物风压的最大值负 压值，以及角转位移的关系是什么。因为必须确定塔尖段风振位移，和振起始点的旋 转轴位置，一般是非常困难的。它用动态模拟计算也十分复杂，也就必须知道它的转 动惯量 Jω 与旋转有关的转动惯矩积，是很麻烦的一项工作，因为这些轴之起始位置 在塔的高度上是变化的， 除了对这种建筑物要做常规风洞试验以外， 还要利用动相拟 准则进行动态四个自由度以上转动及线型变化位移的计算和模拟计算。 这种振摆运动只要风存在，永远不会停止，当然它和各个地区的统计风向，塔型 体型特征有关，因此，模拟必须是相拟的，广州电视塔的风洞试验数据给出了 0-360° 风角不同位置时的最大正压的值， 和最小负压值， 一般给出的不同层高段作用建筑表 面上区域上的压力分布值， 这些风洞给出测量值不能直接用到计算作用在幕墙表面上 风压，必须进行数据转换处理，所测的风压值与气流端流度不同情况的压力分布，换 算成这个测试区域的体型系数，然后再利用 GB50009-2001（2006 年版）标准进行计 算风压值，但对风振位移变化只能用动态模拟进行模拟计算（计算机模型计算，利用 专用特殊有限元软件） 。 二、建筑幕墙外表面利用风动试验数来确定风荷载的方法 2.1、 风洞试验对幕墙设计的意义 目前非对称奇异外型超高建筑物（一般在 200-400 米以上）的风荷载计算用现 行 GB50009-2001（2006 年版）荷载规范和 JGJ-102-2003 规范来准确确定风荷 载值是困难的，像这类建筑物幕墙外立面上风荷载，80%以上幕墙外立面上的 真实的风压分布，比用上述两个规范中给出计算风荷载： 即 （ MZ==βZμZμSWO）计算出的结果相差较大，后者偏高值右达 15-30%以上， 个别高出 1 倍以上（详见本作者另一篇文章“风洞试验给出风荷载与现行 GB50009-2001（2006 年版）及 JGJ-102-2003 规范计算结果比较分析”）可以 清楚看出它们之间的差异； 利用风动试验结果对超高层的结构设计带来非常经 济的，会节约大量的结构材料，从某种角度来证明是一种最大节能设计，它的 贡献远远大于做风洞试验的试验费用。当然风洞试验有可能出现局部位置在 150-100 米以下，大于 GB50009-2001（2006 年版）规范计算的风荷载值，这 部分占比例也不大，可以采用局部结构补强设计。

㈣ 风洞设备验收应注意什么

行业标准《建筑工程风洞试验方法标准》，编号为JGJ/T338-2014，自2015年8月1日起实施。

风洞试验是确定建筑工程结构风荷载的重要手段，是对《建筑结构荷载规范》有关风荷载规定的必要补充。《建筑工程风洞试验方法标准》不仅为提高建筑工程风洞试验的质量、保证试验结果的可靠性提供了重要的技术依据和标准，也为结构工程师与风工程研究、咨询人员之间的沟通架起了桥梁，必将为建筑工程结构抗风安全和风环境优化发挥重要作用。近日，主编金新阳研究员就标准条文要点进行了解读，希望可以帮助设计人员更好地理解和应用标准。

试验参数模拟

大气边界层：风洞试验应按现行荷载规范规定的地面粗糙度类别模拟大气边界层。为保证大气边界层的模拟精度，对风洞内模拟风剖面的测点数量、覆盖范围、测点间距等都做了明确规定。

试验模型：试验模型应与试验原型的几何相似，应包括建筑表面的主要建筑部件和装饰物，还应模拟周边的环境，包括建筑物、构筑物、显著突出的地形等。并对模型的阻塞比、与风洞壁的距离做了明确规定。

CFD数值模拟：对风环境风场模拟与舒适度评估、风致介质输运、风致积雪漂移等特殊风工程问题，也可采用CFD数值模拟的方法。标准通过附录A规定了数值模拟方法的基本要求。

风洞设备与标模测试 风洞：用于建筑工程试验的风洞设备，投入使用前应通过风洞的验收和流场校测。验收时，应对设备项参数、流场性能、运行状态等做出结论，并形成验收意见；流场校测要对气流稳定性、背景湍流度、轴向静压梯度、流场不均匀度等指标进行测量。

测试设备：商业产品化的风洞试验设备应具有合格证书和检验证书，自主研发的风洞试验设备应满足测试精度的要求，并规定了定期校准、日常维护、量程和精度等对试验测试仪器的各项具体要求。

标模测试：标准按低矮建筑和高层建筑分别给出了两类典型建筑的标准模型和标准测试方法，用于检验风洞试验系统的可靠性。标准中收集整理了以往国内公认先进风洞的试验结果和现场实测结果，通过数据比较可以判断风洞试验结果的合理性。

风荷载试验

风荷载试验主要包括测压试验、测力试验和气动弹性模型试验。根据三种不同类型试验的特点，标准分别对各类试验的适用范围、试验模型、试验方法和成果应用做出规定。

测压试验：测压试验的目的是得到建筑表面平均压力和脉动压力的分布，据此也可结合动力学分析方法进行风振计算，进一步获得建筑结构的位移、加速度等风致响应，为建筑主体结构和围护结构设计提供风荷载依据。

测力试验：直接测量模型在风荷载作用下的弯矩、扭矩、剪力等整体受力以及动态响应。测量结果可用于估算基本振型接近直线的工程结构的风致响应。

气动弹性模型试验：气弹试验是为了可准确评估气动弹性力而进行的，主要针对那些刚度和阻尼均较小、风致振动幅度较大、风和结构的耦合作用对结构响应的影响不可忽略的建筑，如超高层建筑、高耸结构、柔性屋盖、索膜结构等。

最小风荷载限值：依据风洞试验报告提供的风荷载，考虑风向的风速折减系数不应小于0.85，主结构风荷载不应低于按现行荷载规范计算值的70%，围护结构风荷载不应低于按现行荷载规范计算值的80%。

风环境试验

试验目标：新建的建筑物密集的大型商业或住宅区域，风环境可能对建筑品质有较大影响，在研究建筑方案时宜通过风环境试验判断方案的合理性，并对建筑布局进行调整优化；建在现有城区的规模较大的新建工程，应通过风环境试验评估其对既有区域的风环境造成的不利影响；对那些风环境要求较高的建筑工程，如绿色建筑，应评价和优化其周边风环境的舒适度。

风环境评估：本标准在规定风环境评估准则时，参考了国内外的大量研究成果，并考虑到国内气象资料相对并不完备的现实情况，给出了两种不同的评估方法。在能够获得气象资料时，可根据日最大风速记录或者逐时风速记录计算不同风速的发生频率，参考Davenport的舒适度分级指标对风环境进行分类。而当缺乏气象资料时，则可采用平均风速比对风环境舒适度作出定性评价，在所有风向下的平均风速比均不宜小于0.1，主导风向下的平均风速比不宜大于1.2。

结论 研究编制建筑工程风洞试验标准，对保证风洞试验质量，提高试验可靠性十分必要。风洞试验经过数十年的发展已日趋成熟，其理论体系和工程应用时的分析框架已基本成型，标准编制时机已经成熟。但风洞试验中仍然存在一些难点问题，在现有技术条件下尚无法完全解决，现有标准充分考虑了具体规定的可行性和可操作性，并将在实施中总结经验，不断完善。

㈤ 什么是风洞实验

在流体力学和昆虫化学生态学方面两个相同的名词。它们都叫做“风洞实验”。

可以指飞行器（包括飞机）的流体力学设计实验；而昆虫上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。
分类和原理

空气动力学实 验分实物实验和模型实验两大类 。实物实验如飞机飞行实验和导弹实弹发射实验等，不会发生模型和环境等模拟失真问题，一直是鉴定飞行器气动性能和校准其他实验结果的最终手段，这类实验的费用昂贵，条件也难控制，而且不可能在产品研制的初始阶段进行，故空气动力学实验一般多指模型实验。空气动力学实验按空气（或其他气体）与模型（或实物）产生相对运动的方式不同可分为3类：①空气运动，模型不动，如风洞实验 。②空气静止，物体或模型运动，如飞行实验、模型自由飞实验（有动力或无动力飞行器模型在空气中飞行而进行实验）、火箭橇实验（用火箭推进的在轨道上高速行驶的滑车携带模型进行实验）、旋臂实验（旋臂机携带模型旋转而进行实验）等。③空气和模型都运动，如风洞自由飞实验（相对风洞气流投射模型而进行实验）、尾旋实验（在尾旋风洞上升气流中投入模型，并使其进入尾旋状态而进行实验）等。进行模型实验时，应保证模型流场与真实流场之间的相似，即除保证模型与实物几何相似以外，还应使两个流场有关的相似准数，如雷诺数、马赫数、普朗特数等对应相等（见流体力学相似准数）。实际上，在一般模型实验（如风洞实验）条件下，很难保证这些相似准数全部相等，只能根据具体情况使主要相似准数相等或达到自准范围。例如涉及粘性或阻力的实验应使雷诺数相等；对于可压缩流动的实验，必须保证马赫数相等，等等。应该满足而未能满足相似准数相等而导致的实验误差，有时也可通过数据修正予以消除，如雷诺数修正。洞壁和模型支架对流场的干扰也应修正。空气动力学实验主要测量气流参数，观测流动现象和状态，测定作用在模型上的气动力等。实验结果一般都整理成无量纲的相似准数，以便从模型推广到实物。
风洞和风洞实验 风洞是进行空气动力学实验的一种主要设备，几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进行。风洞的原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流，使其流过安置在实验段的静止模型，模拟实物在静止空气中的运动。测量作用在模型上的空气动力，观测模型表面及周围的流动现象。根据相似理论将实验结果整理成可用于实物的相似准数。实验段是风洞的中心部件，实验段流场应模拟真实流场，其气流品质如均匀度、稳定度（指参数随时间变化的情况）、湍流度等，应达到一定指标。风洞主要按实验段速度范围分类，速度范围不同，其工作原理、型式、结构及典型尺寸也各异。低速风洞：实验段速度范围为0～100 米／秒或马赫数Ma＝0～0.3左右 ；亚声速风洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨声速风洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超声速风洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超声速风洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超声速风洞Ma＞10（或12）。风洞实验的主要优点是：①实验条件（包括气流状态和模型状态两方面）易于控制。②流动参数可各自独立变化。③模型静止，测量方便而且容易准确。④一般不受大气环境变化的影响 。⑤ 与其他空气动力学实验手段相比，价廉、可靠等。缺点是难以满足全部相似准数相等，存在洞壁和模型支架干扰等，但可通过数据修正方法部分或大部克服。
风洞实验的主要项目有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件（如飞行器模型中的一个机翼等）的气动力及表面压强分布，多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等 ，要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。计算机在风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。

㈥ 什么是风洞，主要用于做什么科学实验

风洞复（wind tunnel）即风洞实验室，是以人工的制方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。
研究空气动力学的重要实验装置。。。

㈦ 什么是风洞试验

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。

㈧ 风洞实验是如何进行的

风洞是进行空气动力学实验的一种主要设备，几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进行。风洞的原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流，使其流过安置在实验段的静止模型，模拟实物在静止空气中的运动。测量作用在模型上的空气动力，观测模型表面及周围的流动现象。根据相似理论将实验结果整理成可用于实物的相似准数。实验段是风洞的中心部件，实验段流场应模拟真实流场，其气流品质如均匀度、稳定度（指参数随时间变化的情况）、湍流度等，应达到一定指标。风洞主要按实验段速度范围分类，速度范围不同，其工作原理、型式、结构及典型尺寸也各异。低速风洞：实验段速度范围为0～100 米／秒或马赫数Ma＝0～0.3左右 ；亚声速风洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨声速风洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超声速风洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超声速风洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超声速风洞Ma＞10（或12）。风洞实验的主要优点是：①实验条件（包括气流状态和模型状态两方面）易于控制。②流动参数可各自独立变化。③模型静止，测量方便而且容易准确。④一般不受大气环境变化的影响 。⑤ 与其他空气动力学实验手段相比，价廉、可靠等。缺点是难以满足全部相似准数相等，存在洞壁和模型支架干扰等，但可通过数据修正方法部分或大部克服。

风洞实验的主要项目有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件（如飞行器模型中的一个机翼等）的气动力及表面压强分布，多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等 ，要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。计算机在风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。

㈨ 有谁能告诉我做一个建筑工程风洞试验，检测费用大概在什么范围急急急急，谢谢各位了

（1）首先要确定试验目的。是做刚性模型试验还是弹性模型试验，通 常工程应用多为前者；此外是仅测平均风压还是要测脉动风压，一般对于比较刚的结构仅测平均风压就够了，而对于相对较柔的结构（比如幕墙结构），则需要测脉 动风压；另外，是测整个结构的风压还是局部风压等等，这些问题都要事先确定好，必要时要多听听专家的意见。一般来讲，测试的要求越简单、项目越少，费用也 就越低。

（2）根据前面的具体要求，选择试验机构。这一点很重要，因为好的风洞试验室试验设备比较先进，而且那里有好多风工程方面的专家，这样就可以使你的试验数 据更准确、更可靠。目前国内在结构风工程方面比较好的风洞实验室有：同济大学风洞实验室和汕头大学风洞实验室等。这些实验室的条件可以说是国内一流的，当 然其费用也会相对的贵一点，而且由于到那里做实验的人较多，通常需要排队^_^。需要强调的一点是，对于建筑模型试验，最好选择大气边界层风洞，不要选择 航空风洞；因为航空风洞的试验段长度太短，对近地面自然风的模拟通常不理想。

（3）模型制作。一般来讲，模型制作可以委托风洞实验室人员来完成；不过有一些基本要求还是应该做到心里有数。比如，模型的缩尺、测压点的多少等。模型的 缩尺一般与风洞的试验段大小有关，太大了会影响风洞的阻塞度，太小了布测点比较困难；测压点的布置也比较有学问，通常在风压变化比较剧烈的区域要布置得比 较密一些。此外，还要注意在实际结构的周围有没有比较显著的建筑物或山丘等，如果有也要模拟出来，因为它们对会直接影响到结构表面的风场。

（4）实验方案的确定。包括试验风速、风向、时间等。这些可以与实验人员一起讨论完成。最主要的是不要丢项，否则等实验作完了再去补测就很困难了。

（5）有了上述准备工作，你就可以放心的吹了。不过，还不要掉以轻心，试验时要随时观察各项数据的变化，一旦发现有与原来设想不一样的地方就要及时查找原因，甚至对实验方案进行调整。

（6）实验数据的处理。这是一项技术性很强的工作，一般实验机构完成。他们会给你提供一份试验报告，包括具体的风压系数分布和设计建议等。不过要强调的一 点是，在进行具体的抗风设计时，千万不要完全依赖实验结果，要有选择的参考。因为在风洞实验结果中不可避免的包含了人员及设备的误差，而且就风洞实验技术 本身来说，目前也有一些不完善的地方。

好了，说了这么多，现在该是揭晓谜底的时候了。根据实验要求的不同、试验地点的不同以及结构的复杂程度，实验费用的差别较大，大约在5～15万之间。一般对于中等规模的风洞实验，其费用不会超过10万元。

㈩ 如何做一个简单的风洞实验

风洞是空气动力学实验的主要设备。

进行空气动力学研究的一种基本手段，通过实验途径研究空气运动规律以及空气与相对运动物体（ 主要是飞行器 ）之间的相互作用。

分类和原理

空气动力学实 验分实物实验和模型实验两大类 。实物实验如飞机飞行实验和导弹实弹发射实验等，不会发生模型和环境等模拟失真问题，一直是鉴定飞行器气动性能和校准其他实验结果的最终手段，这类实验的费用昂贵，条件也难控制，而且不可能在产品研制的初始阶段进行，故空气动力学实验一般多指模型实验。空气动力学实验按空气（或其他气体）与模型（或实物）产生相对运动的方式不同可分为3类：①空气运动，模型不动，如风洞实验 。②空气静止，物体或模型运动，如飞行实验、模型自由飞实验（有动力或无动力飞行器模型在空气中飞行而进行实验）、火箭橇实验（用火箭推进的在轨道上高速行驶的滑车携带模型进行实验）、旋臂实验（旋臂机携带模型旋转而进行实验）等。③空气和模型都运动，如风洞自由飞实验（相对风洞气流投射模型而进行实验）、尾旋实验（在尾旋风洞上升气流中投入模型，并使其进入尾旋状态而进行实验）等。进行模型实验时，应保证模型流场与真实流场之间的相似，即除保证模型与实物几何相似以外，还应使两个流场有关的相似准数，如雷诺数、马赫数、普朗特数等对应相等（见流体力学相似准数）。实际上，在一般模型实验（如风洞实验）条件下，很难保证这些相似准数全部相等，只能根据具体情况使主要相似准数相等或达到自准范围。例如涉及粘性或阻力的实验应使雷诺数相等；对于可压缩流动的实验，必须保证马赫数相等，等等。应该满足而未能满足相似准数相等而导致的实验误差，有时也可通过数据修正予以消除，如雷诺数修正。洞壁和模型支架对流场的干扰也应修正。空气动力学实验主要测量气流参数，观测流动现象和状态，测定作用在模型上的气动力等。实验结果一般都整理成无量纲的相似准数，以便从模型推广到实物。
风洞和风洞实验 风洞是进行空气动力学实验的一种主要设备，几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进行。风洞的原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流，使其流过安置在实验段的静止模型，模拟实物在静止空气中的运动。测量作用在模型上的空气动力，观测模型表面及周围的流动现象。根据相似理论将实验结果整理成可用于实物的相似准数。实验段是风洞的中心部件，实验段流场应模拟真实流场，其气流品质如均匀度、稳定度（指参数随时间变化的情况）、湍流度等，应达到一定指标。风洞主要按实验段速度范围分类，速度范围不同，其工作原理、型式、结构及典型尺寸也各异。低速风洞：实验段速度范围为0～100 米／秒或马赫数Ma＝0～0.3左右 ；亚声速风洞：Ma＝0.3～0.8左右；跨声速风洞：Ma＝0.8 ～1.4（或1.2）左右；超声速风洞：Ma＝1.5～5.0左右；高超声速风洞Ma＝5.0～10（或12)；高焓高超声速风洞Ma＞10（或12）。风洞实验的主要优点是：①实验条件（包括气流状态和模型状态两方面）易于控制。②流动参数可各自独立变化。③模型静止，测量方便而且容易准确。④一般不受大气环境变化的影响 。⑤ 与其他空气动力学实验手段相比，价廉、可靠等。缺点是难以满足全部相似准数相等，存在洞壁和模型支架干扰等，但可通过数据修正方法部分或大部克服。
风洞实验的主要项目有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件（如飞行器模型中的一个机翼等）的气动力及表面压强分布，多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等 ，要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。计算机在风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。