什么是風洞 | 帶你了解風洞實驗的一些小知識
風災
風災是世界上最嚴重的自然災害之一，經常造成自然災害的有：臺風、龍卷風、寒潮風、雷暴風等。
風災的主要表現為：對建筑物及其它工程設施破壞造成的財產損失和人員傷亡，還有伴隨的沙塵暴、洪水、泥石流等伴生災害。
風對建筑物的破壞
近年來，發生的著名的風災有：
2005年8月美國新奧爾良颶風“卡特里娜”，千人死亡，損失千億美元。
2004年浙江省臺風“云娜”，死亡180人，損失200億人民幣。
2008年5月6日，緬甸颶風，死亡15000余人。
2008年9月，古巴“古斯塔夫”“艾克”颶風，死亡4人，120萬人緊急撤離。
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美國20世紀最慘重的十大災難有3次是颶風的影響。
2005年8月6日被0509號強臺風麥莎摧毀的位于無錫的高壓輸電塔
浙江溫州一建筑工地的臨時工棚
風的成因
風就是指空氣相對于地表的流動
太陽對地表加熱的時空不均勻性
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太陽輻射在地球表面分布的不均勻性 -
地球表面水陸分布、高低分布的不均均性 -
地球自轉 -
對流層熱傳遞的復雜性
造成大氣的熱力和動力現象以及壓力場的時空不均勻性
造成空氣的豎向對流和水平流動－風
冷空氣往下沉
熱空氣往上升
熱空氣上升的地方氣壓降低，冷空氣就會從旁邊流過來補充其空缺—空氣的流動
風的類型
大氣環流風－地球尺度
熱力二級環流—由高壓或低壓中心附近底層大氣增熱或冷卻發展而成
季風
熱帶風暴
溫帶氣旋—中緯度地區最強的大尺度環流
山脈阻擋的機械作用
沿鋒面兩側的氣團相互作用
地方性風
下山風
急流效應風
雷暴風：下沉冷氣流直線風、下擊暴風
龍卷風
風工程學科的重要性
風工程學科的研究始于舊塔科馬海峽大橋的風毀事故。
隨著結構的跨度或高度的不斷增加，結構變得越來越柔，對風的敏感性也隨之增加，風荷載成為控制結構設計的關鍵因素之一。
歷史上許多結構的整體或者局部破壞都是由于在設計階段對風荷載的考慮不周而引起。
對結構的抗風性能研究越顯重要。
風工程學科的研究范圍
風工程學科是一門涉及的范圍很廣的交叉學科，包括大氣科學、空氣動力學、結構力學、實驗力學等
風工程研究方法
現場測試（Field measurement）一種重要的驗證手段
直觀、真實
人力、物力、時間花費高
測試條件難以控制和改變
風洞試驗（Wind tunnel tast）最重要的研究方法
直觀性強
節約人力、物力和時間
試驗條件較易控制
機理研究、復雜工程問題研究
近似模擬，無法實現完全相似
理論計算（Theoretical calculation）試驗和實測的重要補充
解析計算
一般的數值計算
CFD計算
結構風洞試驗主要類型
按研究對象分類
低矮建筑/結構試驗（low--rise building/structure test）
高聳建筑/結構試驗（high--rise building/structure test）
大跨度建筑/結構試驗（large--span building/structure test）
橋梁結構試驗（bridge structure test）
海洋工程結構試驗（ocean engineering structure test）
按研究內容分類
靜力作用試驗（static action test）
風致作用試驗（wind-induced vibration test）
風振控制試驗（test on wind-induced vibration control）
按模型分類
剛體模型試驗（rigid model test）
氣彈模型試驗（aeroelastic model test）
節段模型試驗（sectional model test）
整體（全）結構模型試驗（full structure model test）
局部（部分）結構模型試驗（partial structure model test）
按模型支撐方式分類
靜力支撐模型試驗：剛體固定、天平支撐（static-supported model test: rigidly fixed model, balance-supported model）
動力支撐模型試驗：彈簧懸掛、強迫振動（dynamic-supported model test: spring-suspended model, forced vibration model
結構風洞試驗主要用途
測力（Force measurement test）
測壓（Pressure measurement testPressure test）
氣動參數測試（Aerodynamic parameter measurement testAerodynamic test）
風致振動測試（indWind--induced vibration testinduced test）
繞流形態觀測（Observation test on ambient flow patternObservation pattern）
風特性和風環境測試（Test on wind characteristics and wind environment）
通風排氣性能測試（Ventilation and exhaust performanceVentilation performance test）
幾個重要概念
1、風速
瞬時風速=平均風速+脈動風速。
2、平均風速計算時距
據國際上氣象領域的實踐經驗，在大多數國家（包括中國）平均風時距被取為10min，加拿大等一些國家取為1h，英國、澳大利亞等一些國家取為2~3s，即考慮瞬時風速。不同的平均風時距可導致不同的平均風速。
3、平均風剖面
對數律形式
4、陣風因子
陣風風速：平均時距小于3s的平均風速；
陣風因子：陣風風速/平均風速；
陣風因子是一個反映風速陣性程度的參數，一般平均風速的時距越短，平均風速越大，陣風因子越小。
5、邊界層
由于空氣的粘性效應，與物體表面接觸的空氣貼附在物體表面上，它將減慢靠近物體表面的一層空氣的運動，這一空氣層就稱為邊界層。
6、雷諾數
雷諾數為：流體的慣性力和粘性力之比。對于不可壓縮流體，慣性力和粘性力是影響其流動形態的兩個最主要參數。
7、紊流雷諾數
紊流雷諾數為：流體的慣性力和紊流粘性力之比
8、流動分離
分離層中會形成離散的旋渦，并脫落到鈍體后方的氣流中，這些旋渦使得分離點（如拐角或房檐等）附近出現非常大的吸力
9、尖緣平板二維繞流
粘性力起主要作用流動沒有分離
慣性力的作用開始顯露在尖角處發生分離形成兩個對稱、附著的大旋渦
10、渦激共振
當氣流繞過結構時會在結構兩側背后尾流中產生交替脫落的旋渦，使結構表面的壓力產生周期性的變化，從而在結構上產生周期性的橫風向、順風向凈作用力和凈扭矩，即渦激力
風洞簡介
風洞的定義：
風洞是指一個按一定要求設計的、具有動力裝置的、用于各種氣動力試驗的可控氣流管道系統。
風洞的基本類型：
從流動方式來看
閉口回流式風洞
開口直流式風洞
從風洞試驗段的構造來看
封閉式風洞
敞開式風洞
從風洞的功能來看
航空風洞
建筑風洞
汽車風洞
環境風洞
相對于航空風洞來說，用于土木工程結構的風洞一般都是風速較低的低速風洞，并且通常采用封閉式試驗段。
為了能在風洞中合理模擬大氣邊界層風場，用于土木工程結構的風洞一般擁有較長的試驗段，因此，常被稱為邊界層風洞。
風洞試驗
模型展示：
斜拉橋模型
裸塔模型
電視塔模型
超高層建筑模型
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