[科普中国]-变密度风洞

改变气流密度的方法

1、采用比空气密度大的气体作为风洞的工作介质，因为采用的气体价格昂贵，而且比热比可能与空气不相同，所以一般不采用。1

2、采用改变气流总压的方法来改变密度，即增压风洞。增压风洞是最常见的变密度风洞。1

增压风洞增压风洞和普通大气风洞相比的优点1、提高压力从而提高雷诺数，可以节省风洞的驱动功率；

2、增压风洞可以区别雷诺数效应和马赫数效应的影响。即使在低速不可压流的范围，也有些气动特性与马赫数相关，例如：最大升力系数。这是由于机翼迎角很大，前缘附近的局部流速已经达到可压流的范围，因而表现出压缩性效应。

在普通大气风洞中，改变雷诺数是通过速度的变化达到的，但是改变雷诺数的同时，马赫数也随之改变了。因此不能单独试验雷诺数或者马赫数的影响。在增压风洞中，压力是可以控制的。若保持速度不变而增大压力，则可以在保证马赫数不变的情况下增加雷诺数。若在增加速度的同时，降低压力，则可以保持密度与速度的乘积不变，则可以保持雷诺数不变而增加马赫数。

3、在有的增压风洞中，压力可以调节到低于大气的值。保持风洞在低压下运转，相同马赫数下，功率将大大降低。当然，雷诺数也比较低。

增压风洞存在的问题1、模型及支架系统的强度问题。

风洞密度提高，导致动压增大，因而作用在模型上的气动载荷增大。模型设计将变得困难，模型支架也必须相应的增大尺寸，因而支架的干扰变得比较严重。据认为，若动压超过约200000Pa时，实验模型及支架的设计将遇到极大的困难。在低速范围内，普通模型的强度允许压力增加到3个大气压左右，所以，风洞压力不超过3个大气压，对模型设计是有利的。

2、要求风洞洞身具有足够强度承受压力。

压力风洞的洞身需要承受很大的压力载荷，其成本占风洞全部造价的三分之一左右，并几乎与材料重量成正比。减小风洞尺寸对节约材料是很重要的。对于一定的雷诺数，减小整个风洞的尺寸比为了承受更大的压力而增加壁厚的效果更加明显，所以宁肯采用风洞小而压力大的方案。2