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【摘 要】风洞试验最早是航空领域的一项研究技术，被广泛应用于飞机、火箭以及桥梁建筑的设计中，航联公司首先将这一航空技术有效地应用于流量仪表的研发校验中。通过风洞试验来校验气体流量计的各项性能指标。由于风洞试验的技术支持，使得众多新型流量测量节流装置能够研发问世。
【关键词】风洞；差压式流量计；重复性；稳定性
On the civilian aspects of the application in wind tunnel
Liu Liang
(Xi'an United Air Monitoring Equipment Co., Ltd Xi'an Shaanxi 710089)
【Abstract】Wind tunnel test is the first study aviation technology, is widely used in aircraft, rockets, and the design of bridge construction, Air Union first applied to the air flow meter technology effectively in the development of verification. Through wind tunnel tests to verify the gas flow meter performance. As the wind tunnel test of technical support, making a number of new flow measurement devices can throttle R & D come out.
【Key words】Wind tunnel;Differential pressure flowmeter;Repeatability;Stability
1. 风洞在民用方面的应用
“风洞”是进行空气动力学实验的一项基本设备。由于气体流动与物体（飞机、汽车、弹体、建筑等）的几何外形有着密切关系，因此飞行器以及各种运输工具在初始设计中，必须利用“风洞”实验模拟自然界中大气对它的各种干扰，并通过大量实验、精确计算找出其规律，提出合理的设计方案。早期主要是用在军用方面。这里所要讲一些风洞在民用方面的应用。
1.1 “风洞”不仅是航空航天事业发展的重要工具，在我们现代工业和民用事业发展中，同样也有着广泛的用武之地。高层建筑以及桥梁承受风载的能力和气动弹性测定；蒸汽涡轮机和燃气轮机的叶栅效率及扩亚效率；风雪流的研究；高尔夫球的性能鉴定等都离不开“风洞”实验和空气动力研究。尤其是随着城市建筑业的发展，在建筑群体中，当建筑物之间排列式和间距不合理时，既可能产生不同程序的相互干扰作用，进而引起表面压力分布的改变，特别是干扰引起的动载，可能使结构产生震动，甚至会导致建筑物被破坏。
1.2 “风洞”在桥梁方面也起到了至关重要的作用。历史上发生过多起没有考虑风的作用而引发的桥梁垮塌事故，这充分说明了桥梁抗风作用的重要性。由于桥梁是复杂的三维非流线型顿体结构以及桥梁的气动弹性效应，现有的理论水平难以满足大跨度桥梁结构抗风设计的需要，这就需要桥梁性风洞试验研究桥梁的抗风性能。风洞试验包括桥梁节段模型静力试验、节段模型动力试验、全桥气动弹性模型试验等等，为桥梁的安全性提供了全方位的保障。
1.3 另外，通过“风洞”实验，从减少气流分离来着手对小轿车外形进行气动设计，可使汽车阻力系数大幅度降低。同样对火车也有很好的效果，这就是目前世界上的高速列车外形设计为什么采用流线形的道理。除此之外，体育运动也离不开空气动力学研究。标枪在空气中的升阻比；排球在击球后会出现飘球现象等等，这些都可以通过“风洞”实验来找到其原因或者找出最有效率的方法。
我所工作的西安航联测控设备有限公司主要从事气体流量计的生产工作。流量计的校验技术及设备和流量仪表的研制，是流量测量技术发展上密不可分的两大研究主题。目前我国阻碍流量测量技术前进的主要原因就是流量校验技术与设备的滞后。而风洞试验就是对气体流量计，特别是针对大管径测量校验的一个重要的最有效手段. 随着科学技术的发展，为了满足各种工程上的特殊需求，新型非标准流量计的研制十分重要。由于有了风洞实验的技术支持，才使得众多用于气体流量测量的新型节流装置能够研发成功。西安航联测控设备有限公司就是在风洞实验的基础上研制出了内藏式双文丘里管、音速亚音速喷嘴、低压损纺锤形机翼测风装置以及托巴式均速管等十余项受到用户欢迎的流量测量装置。为此航联公司研制设计并建成了流量计量专用风洞实验室。作为主管风洞实验室的主任，我经常从各方面了解风洞的发展，再与工作结合，得出一些有关“流量计量风洞”的经验和分析结果。在这里对本公司风洞做一个简介。
2. 流量计量专用风洞的结构
流量计量专用风洞是指在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的理想流场的气流，用以模拟流量计所需流速、流场实验的一种设备。西安航联公司为了进一步提高节流件的质量，开发出更多高性能的新型流量计，建设了自己的流量计性能测试专用风洞。该风洞被称为速度面积法气体流量计量检定装置，型号为HL-NH8。流量计量专用风洞结构示意图，见下面图1。
图1
HL-NF8风洞是一座直流下吹式风洞。它由进气喇叭口段、动力段、过渡段、稳定段、收缩段、实验段和扩散段组成。在稳流段安装了对边为10mm的六边形蜂窝器和两层9目/cm不锈钢丝阻尼网。在大扩散段进口后400mm处，安装了一层分离网。
图2
2.1 各个分段的功能如下：
（1）动力段：为风洞提供气源，由变频三相异步电机带动的一台轴流式风机组成，电机通过变频调速可以得到所需的不同风速的气流，为了得到所需要品质的流场，轴流式风机的叶片是经过特殊设计制造的。
（2）稳定段及收缩段：由消声墙、鸟笼式进气口、蜂窝器、阻尼网组成稳定段，通过稳定段及收缩段气流被整理成理想的流场，如图2。
（3）实验段：需校验的工件将与风洞同轴线放入实验段的中心位置，根据需要设定不同的风速，将流量计的设计流量与风洞的标准流量进行校验对比。根据取得的数据对流量计进行修正。
（4）过渡段：过渡段是为了保证实验段稳定的气动性能所设计的辅助结构。
（5）稳速压控制系统：HL-NH8风洞是个直流风洞，为了提高实验精度，专门设计了稳速压控制系统。
2.2 稳速压控制系统目前能达到的控制指标如下：
（1）速压控制范围：3m/s ～40m/s。
（2）速压控制精度：σq1 ≤ 0.1%。
（3）启动时间：TS ≤1min。
2.3 风洞性能参数如下：
总长为25m ；
工作段截面为1120mm×1120mm；
最大风速为40m／s；
气流紊流度为ε ＝0.25％～0.5％；
实验段静压梯度不大于 0.005／m；
在实验段中心截面70％范围内动压偏差不大于0.005 ；
在实验段中心截面70％范围内点流向差不大于0.5°；
测试精度为（1）风速为3m/s～10m/s时，准确度等级为0.5％； （2）风速为10m/s～40m/s时，准确度等级为0.25％。
以上只是介绍风洞的结构形式，作以简单了解。在没有风洞以前通常采用钟罩式气体流量标准装置对中小型气体流量计进行标定。钟罩式气体流量标准装置是一个具有恒压源（并给出标准容积）的气体流量标准装置，因其自身的缺陷，它不能对大口径、大流量、低流速的差压式流量计进行标定。而风洞实验解决了大型气体差压式流量计标定的问题。如果流量计直径小于风洞实验段的尺寸，则可对流量计的实体进行风洞吹风实验。如果流量计直径大于试验段则可在延伸段进行试验，也可按几何相似关系对缩小的模型进行试验。
HL-NF8风洞运行以来已作了大量的试验，除了航联公司的内藏式双文丘里管、内锥式流量计、威力巴等各种非标产品外，还为空军工程学院、航天507所等国防科研院所承担了科研项目的试验任务。大量的实验数据的积累，验证了风洞试验的方法在气体流量计的研制和标定中的有效性和可靠性。
3. 总结语
作为气体流量、速度、强度各方面检测的必要手段，“风洞”已经越来越广泛的应用于民生事业中。希望大家共同努力，将“风洞”的实验理论和试验方法作进一步的改进和发展。
［文章编号］1006-7619（2011）09-24-936
【关键词】风洞；差压式流量计；重复性；稳定性
On the civilian aspects of the application in wind tunnel
Liu Liang
(Xi'an United Air Monitoring Equipment Co., Ltd Xi'an Shaanxi 710089)
【Abstract】Wind tunnel test is the first study aviation technology, is widely used in aircraft, rockets, and the design of bridge construction, Air Union first applied to the air flow meter technology effectively in the development of verification. Through wind tunnel tests to verify the gas flow meter performance. As the wind tunnel test of technical support, making a number of new flow measurement devices can throttle R & D come out.
【Key words】Wind tunnel;Differential pressure flowmeter;Repeatability;Stability
1. 风洞在民用方面的应用
“风洞”是进行空气动力学实验的一项基本设备。由于气体流动与物体（飞机、汽车、弹体、建筑等）的几何外形有着密切关系，因此飞行器以及各种运输工具在初始设计中，必须利用“风洞”实验模拟自然界中大气对它的各种干扰，并通过大量实验、精确计算找出其规律，提出合理的设计方案。早期主要是用在军用方面。这里所要讲一些风洞在民用方面的应用。
1.1 “风洞”不仅是航空航天事业发展的重要工具，在我们现代工业和民用事业发展中，同样也有着广泛的用武之地。高层建筑以及桥梁承受风载的能力和气动弹性测定；蒸汽涡轮机和燃气轮机的叶栅效率及扩亚效率；风雪流的研究；高尔夫球的性能鉴定等都离不开“风洞”实验和空气动力研究。尤其是随着城市建筑业的发展，在建筑群体中，当建筑物之间排列式和间距不合理时，既可能产生不同程序的相互干扰作用，进而引起表面压力分布的改变，特别是干扰引起的动载，可能使结构产生震动，甚至会导致建筑物被破坏。
1.2 “风洞”在桥梁方面也起到了至关重要的作用。历史上发生过多起没有考虑风的作用而引发的桥梁垮塌事故，这充分说明了桥梁抗风作用的重要性。由于桥梁是复杂的三维非流线型顿体结构以及桥梁的气动弹性效应，现有的理论水平难以满足大跨度桥梁结构抗风设计的需要，这就需要桥梁性风洞试验研究桥梁的抗风性能。风洞试验包括桥梁节段模型静力试验、节段模型动力试验、全桥气动弹性模型试验等等，为桥梁的安全性提供了全方位的保障。
1.3 另外，通过“风洞”实验，从减少气流分离来着手对小轿车外形进行气动设计，可使汽车阻力系数大幅度降低。同样对火车也有很好的效果，这就是目前世界上的高速列车外形设计为什么采用流线形的道理。除此之外，体育运动也离不开空气动力学研究。标枪在空气中的升阻比；排球在击球后会出现飘球现象等等，这些都可以通过“风洞”实验来找到其原因或者找出最有效率的方法。
我所工作的西安航联测控设备有限公司主要从事气体流量计的生产工作。流量计的校验技术及设备和流量仪表的研制，是流量测量技术发展上密不可分的两大研究主题。目前我国阻碍流量测量技术前进的主要原因就是流量校验技术与设备的滞后。而风洞试验就是对气体流量计，特别是针对大管径测量校验的一个重要的最有效手段. 随着科学技术的发展，为了满足各种工程上的特殊需求，新型非标准流量计的研制十分重要。由于有了风洞实验的技术支持，才使得众多用于气体流量测量的新型节流装置能够研发成功。西安航联测控设备有限公司就是在风洞实验的基础上研制出了内藏式双文丘里管、音速亚音速喷嘴、低压损纺锤形机翼测风装置以及托巴式均速管等十余项受到用户欢迎的流量测量装置。为此航联公司研制设计并建成了流量计量专用风洞实验室。作为主管风洞实验室的主任，我经常从各方面了解风洞的发展，再与工作结合，得出一些有关“流量计量风洞”的经验和分析结果。在这里对本公司风洞做一个简介。
2. 流量计量专用风洞的结构
流量计量专用风洞是指在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的理想流场的气流，用以模拟流量计所需流速、流场实验的一种设备。西安航联公司为了进一步提高节流件的质量，开发出更多高性能的新型流量计，建设了自己的流量计性能测试专用风洞。该风洞被称为速度面积法气体流量计量检定装置，型号为HL-NH8。流量计量专用风洞结构示意图，见下面图1。
图1
HL-NF8风洞是一座直流下吹式风洞。它由进气喇叭口段、动力段、过渡段、稳定段、收缩段、实验段和扩散段组成。在稳流段安装了对边为10mm的六边形蜂窝器和两层9目/cm不锈钢丝阻尼网。在大扩散段进口后400mm处，安装了一层分离网。
图2
2.1 各个分段的功能如下：
（1）动力段：为风洞提供气源，由变频三相异步电机带动的一台轴流式风机组成，电机通过变频调速可以得到所需的不同风速的气流，为了得到所需要品质的流场，轴流式风机的叶片是经过特殊设计制造的。
（2）稳定段及收缩段：由消声墙、鸟笼式进气口、蜂窝器、阻尼网组成稳定段，通过稳定段及收缩段气流被整理成理想的流场，如图2。
（3）实验段：需校验的工件将与风洞同轴线放入实验段的中心位置，根据需要设定不同的风速，将流量计的设计流量与风洞的标准流量进行校验对比。根据取得的数据对流量计进行修正。
（4）过渡段：过渡段是为了保证实验段稳定的气动性能所设计的辅助结构。
（5）稳速压控制系统：HL-NH8风洞是个直流风洞，为了提高实验精度，专门设计了稳速压控制系统。
2.2 稳速压控制系统目前能达到的控制指标如下：
（1）速压控制范围：3m/s ～40m/s。
（2）速压控制精度：σq1 ≤ 0.1%。
（3）启动时间：TS ≤1min。
2.3 风洞性能参数如下：
总长为25m ；
工作段截面为1120mm×1120mm；
最大风速为40m／s；
气流紊流度为ε ＝0.25％～0.5％；
实验段静压梯度不大于 0.005／m；
在实验段中心截面70％范围内动压偏差不大于0.005 ；
在实验段中心截面70％范围内点流向差不大于0.5°；
测试精度为（1）风速为3m/s～10m/s时，准确度等级为0.5％； （2）风速为10m/s～40m/s时，准确度等级为0.25％。
以上只是介绍风洞的结构形式，作以简单了解。在没有风洞以前通常采用钟罩式气体流量标准装置对中小型气体流量计进行标定。钟罩式气体流量标准装置是一个具有恒压源（并给出标准容积）的气体流量标准装置，因其自身的缺陷，它不能对大口径、大流量、低流速的差压式流量计进行标定。而风洞实验解决了大型气体差压式流量计标定的问题。如果流量计直径小于风洞实验段的尺寸，则可对流量计的实体进行风洞吹风实验。如果流量计直径大于试验段则可在延伸段进行试验，也可按几何相似关系对缩小的模型进行试验。
HL-NF8风洞运行以来已作了大量的试验，除了航联公司的内藏式双文丘里管、内锥式流量计、威力巴等各种非标产品外，还为空军工程学院、航天507所等国防科研院所承担了科研项目的试验任务。大量的实验数据的积累，验证了风洞试验的方法在气体流量计的研制和标定中的有效性和可靠性。
3. 总结语
作为气体流量、速度、强度各方面检测的必要手段，“风洞”已经越来越广泛的应用于民生事业中。希望大家共同努力，将“风洞”的实验理论和试验方法作进一步的改进和发展。
［文章编号］1006-7619（2011）09-24-936