流体力学实验_风洞.ppt

第六章气动力学实验设备——风洞§:专门设计的一种特殊管道,采用适当的动力装置在管道中产生可控的人工气流,用来进行各种类型的空气动力学实验。流动的相对性流动的相似性几何相似运动相似动力相似动力相似准则:Re数(粘性),Fr数(重力),马赫数(压缩性)(1)空气动力学和流体力学基础性研究各种翼型的气动力特性:压缩性和粘性附面层的影响,翼型上附面层的控制,激波与附面层的干扰和传热的影响,三元机翼的气动力特性,飞行器再入大气的气动热等空气动力学的基本规律圆柱绕流、钝体绕流等流动特性和涡旋结构大气扩散规律湍流(各向同性湍流、边界层、可压缩湍流)流动结构为理论流体力学和计算流体力学提供实验资料2风洞实验和数值计算结果的比较和验证3(2)工程性的实验项目航空航天:飞行器或其他部件模型的升阻力实验、压力分布实验、流场测量实验、颤振实验等,确定飞行器的气动力特性,为气动设计提供科学依据风工程:高层建筑物、高大烟囱、电视塔、桥梁、大跨度结构物的风力载荷交通:交通工具的气动阻力和稳定性实验能源:风力发电、流体机械叶轮机性能空调效率环保工程:污染源扩散、环境评价、合理布局计量工程:(1)优点风洞的实验条件:如空气压力、温度、密度、速度可以准确控制,控制风速较为方便。利用率高。实验模型和观测仪器都是固定不动的,便于流动现象的观测,实验测量精度较高。可将实验对象的各部件做成不同模型单独进行实验。5(2)局限性不能保证和实际流场完全相似。风洞实验只能是部分相似,不能满足所有的相似准则。Re数:马赫数:低速风洞中主要满足Re数相等。超音速风洞中主要满足马赫数相等。亚音速或跨音速风洞中很难兼顾,达不到所需Re数。6风洞壁的干扰(边界干扰),模型支架的干扰,实验段气流特性和实际流场的差异等实验数据需要进行修正。(1)按风洞实验段中气流速度V的大小来分低速风洞:气流速度V<100m/s,马赫数M<,分为回流式和直流式,不考虑压缩性的影响,最常见的风洞。高亚音速风洞:<M<,外形与低速风动相似,风扇驱动功率较大,一般为两级以上的轴流式风扇,回流管道中需装冷却器或换气系统。跨音速风洞:<M<,工作段双层结构,内外层间称为驻室(压力可调)。内层壁面开有孔或槽,消除模型激波反射现象和低超音速时的模型壅塞。9超音速风洞:<M<,一般采取暂冲式工作方式。采用下冲或抽吸的方法达到所需的马赫数。高超音速风洞:<M<10,需要有很高压力的高压气源(高压压气机和高压贮气罐)和真空罐,采用下冲和抽吸的方法造成很高的压力比。需防止气流加速过程中产生液化,在进入收缩段前要预热。极高速风洞:马赫数M>10,又称为激波风洞,气流密度极低,相当于极高速的洲际导弹在高空飞行的状态。10