风洞试验研究综述

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1、风洞试验研究综述姓名：许德学号:15020201028摘要：本文介绍了大气边界层风洞的发展过程和模拟方法。大气边界层的模拟方法主耍冇主动模拟方法和被动模拟方法，前者包括多风扇风洞技术与振动尖塔技术，后者采用尖劈、粗糙元、挡板、格栅等装置进行模拟。被动模拟技术较为经济、简便，所以得到了广泛采用。关键词：风洞；大气边界层；主动模拟；被动模拟.PerformanceofSimulationofAtmosphericBoundaryLayerinWindTunnelsxudeAbstract：Inthispaper,theSimula

2、tionofatmosphericboundarylayerareintroductedfromthehistoryofthedevelopmentandthemethodsofthetechnology.Themethodsofatmosphericboundarylayersimulationcontainactivesimulationandpassivesimulation.Theactivesimulationmainlyineludemultipiefanswindtunneltechnologyandvibrat

3、i1espiretechnology.Theequipmentsofthepassivesimulationmainincludespire,roughnesselement,apronandgridiron.Thepassivesimulationtechnologyissimpleandeconomical,soithasbeenwidelyused.Keywords：windtunnel;atmosphcricboundarylayer;activeSimulation;passivesimulation.引言1940年

4、，美国塔科马悬索桥出于风致振动而破坏的风毁事故,首次使科学家和工程师们认识到了风的动力作用的巨大威力叭在此之前，1879年发生了苏格兰泰桥的风毁事故已经使工程师们认识到风的静力作用。塔科马桥的风毁开始了土木工程界考虑桥梁风致振动的新时期，并以此为起点，发展成为了现代结构风工程学。结构风工程研究方法可分为现场测试、风洞试验和理论计算三种。现场测试方法是一种冇效的验证理论计算和风洞试验方法和结构的手段；然而，现场测试需要花费巨大，试验环境条件很难人为控制和改变。与现场测试方法相比，风洞试验兼具直观性和节约的优点，同时可以上人为地控

5、制、调节和重复一些试验条件，是一种很好的研究结构风工程现彖的变参数影响和机理的手段。近些年來随着流体力学和计算机技术的发展，计算流体动力学逐渐成为风工程研究中越來越重要的工具。然而，由于风工程问题的复杂性，要深入了解由于空气流动所引起的许多复杂作用，风洞试验仍然是起着非常重要的作用。在整个50年代和60年代初，建筑物和桥梁风洞试验都是在为研究飞行器空气动力学性能而建的“航空风洞”的均匀流场中进行，而试验结果往往被发现与实地观测结果不一致，原因显然在于风洞中的均匀气流与实际口然风的紊流Z间所存在明显差别。1950年代末，丹麦的杰

6、森对风洞模拟相似率问题作了重要的阐述，认为必须模拟大气边界层气流的特性。1965年，加拿大西安大略大学建成了世界上笫一个大气边界层风洞，即具冇较长试验段、能够模拟大气边界层内自然风的一些重要紊流特性的风洞。紧接着，在美国的科罗拉多州立大学,舍马克教授也负责建造了一个大气边界层风洞，并首次用被动模拟方法对大气边界层的风特性进行了模拟，使结构抗风试验进入了精细化的新阶段，世界各地也随之陆续建成了许多不同尺寸的边界层风洞，从而大大促进了结构风工程的研究。在早期的风洞屮，大气边界层主要研究大气剪切流场的模拟•而在近期，除注意剪切流场的

7、模拟外，已认识到流场湍流结构特性模拟的重要性，特别对大跨桥梁、高层建筑和高耸结构的风载和风振试验冇十分重要的意义.二、大气边界层风洞简介2.1风洞试验的概念风洞是指一个按一定要求设计的、具有动力装置的、用于各种气动力试验的可控气流管道系统⑵。虽然实际风洞冇多种多样的形式，以适应不同的研究要求,但是从流动方式来看，总体上可划分为两个基本类型：即闭口回流式风洞和开口直流式风洞。而从风洞试验段的构造來看又冇封闭式和敞开式之分。w=3.56殳试验段动力段扩散段0(5ce0032竖向纵剖面720060007000水平纵剖面1400033

8、500匚一Ljtft=■»II*・・・・O_・・10500图1•闭口回流式风洞风洞试验口前是结构抗风研究屮最主要的方法。借鉴航空领域的技术和方法,风洞试验在土木工程结构的抗风研究中发挥了巨大的作用。但相比而言，土木工程结构的模型试验和航天航空器的模型试验有很多不同Z处。前者外