亞音速風洞

基本概念

亞音速風洞是指試驗段氣流馬赫數範圍約為0.4-0.8的風洞，馬赫數下限也可以低至0。亞音速風洞的構造與回流式低速風洞相近，驅動風扇的功率較同等尺寸的低速風洞為大，一般都採用兩級或兩級以上的軸流式風扇，並有防止氣流溫升過高的冷卻器或換氣裝置。世界上這類風洞不太多，大都建於跨音速風洞、三音速風洞（運行範圍包括亞、跨、超音速的風洞）誕生之前。

亞音速風洞的冷卻問題

亞音速風洞的冷凍問題是風洞設計中一個十分重要的問題。風洞定常工作的時候，由動力裝置補充給風洞的全部能量，通過摩擦、分離等等，全部轉化為熱能。這些熱能除一部分傳遞到周圍環境中以外，將使風洞氣流及洞身設備的溫度提高，直至達到一個平衡溫度。如果不設法將這些熱量散發掉，溫度將隨時間延續而增高，並且達到很高的平衡溫度。這對風洞和試驗都帶來十分不利的影響。這些影響主要包括以下幾個方面：

（1）如果其他試驗條件不變，溫度升高將使得空氣的粘性係數變大，因而降低試驗的雷諾數，甚至引起模型附近的流動狀態發生變化。

（2）過高的試驗溫度會使得模型表面上臨時填補外形所用的材料，例如蠟等發生軟化，因而改變模型外形。

（3）若採用內部應變式天平，則高溫會引起天平本身的變形，並使天平內部電阻絲的工作條件受到影響。對於機械式天平，過高的溫度變化也會引起天平的零讀數發生漂移，因而影響測量精度。

（4）風洞結構會因溫度升高而膨脹，因而引起結構內部的熱應力，或者變形。如果設計中不考慮這個因素，變形甚至會引起結構破壞。

（5）若驅動風扇的電機裝在風洞內部，而且電機本身沒有專門的冷卻設備，則溫度升高會使電機的工作性能變壞，甚至引起破壞。

在以上的影響中，第（1）、（4）條尤其值得注意。由此看來，亞音速風洞的冷卻問題是十分必要和重要的，一般希望試驗段的溫度為常數，保持在15-20℃之間，最高也不應超過45℃。

風洞冷卻所採用的方法大致有三種：

（1）風洞內部冷卻法；

（2）風洞管道表面冷卻法；

（3）空氣交換冷卻法。

某個風洞究竟採用哪一種冷卻方法，應該從多方面考慮。例如，風洞管道的結構材料以及傳熱情況，需要冷卻的空氣流量及風洞內外溫度差，風洞的壓力或密度是否變化，風洞所承擔的試驗，以及當地的施工條件等等。不管採用哪一種冷卻方法，冷卻系統都應主要設定在風洞管道的溫度最高處，應該力求冷卻器所帶來的壓力損失最小。