風洞流場品質用來說明風洞試驗段中模型區流場優劣的程度。
一座新建的風洞，必須保證精心設計，精心施工，才能保證流場有良好的品質。對於已經建成的風洞，如果流場品質很差，不能滿足氣動力試驗的要求，要改善它的流場品質，則是非常困難的事。因為要找到流場品質不良的原因就不容易，往往需要在風洞內進行長期的探索才能找到問題所在。例如，如果試驗段內氣流存在明顯渦旋，就必須找出產生渦旋的根源。它究竟是拐角導流片設計不合理，還是收縮段設計不合理，或者是風扇尾跡沒有消除。只有找到了造成流場品質差的原因，才能採取相應的改進措施。一般對於小型風洞若流場品質極差，可以重新設計建造一個，但是對於大型風洞，只能盡力進行改善。所以，最好的辦法是在風洞設計階段就對影響流場品質的各種因素給予足夠的重視。
基本介紹
- 中文名：風洞流場品質
- 外文名：flow quality of wind tunnel
- 套用學科：空氣動力學
- 定義：衡量風洞試驗段中模型區流場優劣
- 重要性：決定是否能滿足氣動力試驗的要求
- 套用場合：風洞試驗
流場,定義,流場品質要求,改善流場品質的方法,
流場
流場是指在一個流場裡，速度、壓強等都會發生變化。在飛行的情況下，是由飛行器的運動造成的；在風洞實驗裡，則是因為在均勻直線氣流里放進了模型，模型對氣流產生擾動所造成的。是用歐拉法描述的流體質點運動，其流速、壓強等函式定義在時間和空間點坐標場上的流速場、壓強場等的統稱。 某一時刻氣流運動的空間分布。
對於流場特性分析，常涉及到渦的概念。對於流場的渦分析中，渦常包含渦量場和渦旋兩個方面，從渦形態上可以認為：渦量場指渦量的空間分布，渦旋指渦量集聚的渦結構，也常用渦指流場流線圖中的漩渦形態(比如旋翼渦環形態)。渦量場通常和粘性流動存在著對應關係。流體粘性應力的大小由應變速率決定，尤其是剪下應變速率的大小。而渦量和應變速率都是由流場的速度梯度造成的，速度梯度越大，應變速率和渦量一般也越大。
定義
風洞流場品質是指用來說明風洞試驗段中模型區流場優劣的程度。
流場品質要求
所謂流場品質，主要是指風洞試驗段內的氣流參數在時間和空間上的均勻程度。根據一些成功的風洞統計數據以及《高速風洞和低速風洞流場品質規範》(中華人民共和國國家軍用標準GJB 1179-91)，驗段氣流的各種特性應達到以下一些指標：
（1）氣流穩定性。氣流的穩定性是指氣流的動壓或速度隨時間脈動的情況。氣流穩定性可以用動壓穩定性係數表示。根據國家規範測量方法為：在模型區中心處裝標準風速管，在常用動壓下，在一分鐘內連續測量動壓值，測量次數不少於120次，按照下式計算動壓穩定性係數。
式中為
一分鐘內最大動壓，
為一分鐘內最小動壓。一般動壓穩定性係數要求小於等於0.005
（2）速度均勻性。速度的均勻性是指氣流速度在空間的分布情況，現階段主要運用動壓場係數從來反映氣流速度在空間的分布情況。測量試驗段各截面的動壓分布，測量截面不少於5個(在模型區不少於3個)。對通過模型區中心的截面，要在常用動壓、最大動壓以及最小動壓下進行測量;其他截面只在常用動壓下進行測量。
（3）方向均勻性。要求試驗段模型區各個截面內任何一點的氣流方向與風洞軸線之間的夾角要不超過0.5度，要求試驗段平均氣流偏角不超過0.2度。
（4）軸向靜壓梯度。對於閉口試驗段，由於洞壁附面層順氣流方向發展，若不採取其他措施，會使有效流動截面縮小，氣流速度增加，因而使靜壓沿氣流方向不斷降低，形成軸向靜壓梯度。在流場中的物體受到一個沿軸向的附加壓力，這種情況在大氣飛行中時不存在的。一般為試驗段設計微小的擴散角，使軸向靜壓梯度儘可能減小。國家規範要求在模型區內，軸向靜壓梯度不超過0.005。
（5）氣流溫度。風洞穩定運轉輸入的能量最終會轉化為熱變化。而氣流溫度的變化會引起空氣密度和勃性係數的變化對試驗造成不利的影響。，使氣流溫度發生導致雷諾數的變化。回流式風洞要求在常用動壓下，氣流溫升每小時不超過15攝氏度，最高溫度不超過45攝氏度。
（6）氣流湍流度。氣流中存在著微小的旋渦運動，因而試驗段里任何一點的氣流速度總存在著微小脈動。某一點氣流速度的瞬時值可以看作時均值和脈動值之和。通常以脈動速度的均方值表示脈動程度，湍流度定義為x、y、z三個方向脈動均方值的平均值。湍流度的大小對於流場的影響較大，為了保證風洞試驗數據不受湍流度的影響，試驗段湍流應該較低。對於較好的風洞，湍流度應低於0.2%~0.4%。
改善流場品質的方法
一座新建的風洞，必須保證精心設計，精心施工，才能保證流場有良好的品質。對於已經建成的風洞，如果流場品質很差，不能滿足氣動力試驗的要求，要改善它的流場品質，則是非常困難的事。因為要找到流場品質不良的原因就不容易，往往需要在風洞內進行長期的探索才能找到問題所在。例如，如果試驗段內氣流存在明顯渦旋，就必須找出產生渦旋的根源。它究竟是拐角導流片設計不合理，還是收縮段設計不合理，或者是風扇尾跡沒有消除。只有找到了造成流場品質差的原因，才能採取相應的改進措施。一般對於小型風洞若流場品質極差，可以重新設計建造一個，但是對於大型風洞，只能盡力進行改善。所以，最好的辦法是在風洞設計階段就對影響流場品質的各種因素給予足夠的重視。
蜂窩器是低速風洞必不可少的整流部件，它對直流式風洞尤為重要，它能導直氣流，有效切割大渦旋，減小氣流橫向流動，使氣流速度趨於均勻。它在改善氣流脈動、減小氣流湍流度方面有特殊的作用。蜂窩器對風洞流場品質的改善作用是阻尼網無法替代的。
阻尼網是低速風洞另一個重要的整流部件。它可以把大渦旋切割成小的渦旋，使它的能量易於耗散，從而降低氣流的湍流度。同時，阻尼網也可以使氣流軸向速度趨於均勻。
增大風洞收縮段的收縮比可以改善試驗段氣流的均勻性和降低湍流度。因為在收縮過程中，氣流速度增加，但是脈動速度基本不變，因此氣流湍流度就降低了。
回流式風洞不受外界自然風的影響，但是氣流通過轉彎半徑很小的90。拐角時，會在拐角處的外壁和拐角後的內壁發生分離，產生渦旋，破壞流動的均勻性。因此，回流式風洞必須在四個拐角處安裝精心設計的拐角導流片，以防止氣流分離。
風洞試驗段後的擴散段，具有使氣流減小流速、減小能量損失的作用。但是如果擴散段設計不合理，使靜壓恢復過快，產生很大的逆壓梯度，就會導致氣流間歇性分離或定常分離，從而引起振動、風扇載荷振盪以及試驗段氣流速度振盪。擴散段的擴散角一般為5度~6度。
