水動力學實驗的一種設備，可用來研究邊界層、尾流、湍流、空化、水彈性等現象。
基本介紹
- 中文名：水洞
- 外文名：watertunnel
結構,試驗,
水動力學實驗的一種設備，可用來研究邊界層、尾流、湍流、空化、水彈性等現象，以及水流與試驗物體之間的作用力。水洞是一個流速和壓力可以分別控制的水循環系統。水洞的試驗段截面有圓形的，方形的，也有矩形的。水洞的上、下、前、後都有觀察窗。同拖曳水池正好相反，在水洞中移動的不是試驗物體，而是可控水流。水洞的運轉性能類似亞聲速風洞，只是試驗介質不同。最早的水洞是英國C.A.帕森斯於1896年建造的。
水洞示意圖
結構
水洞的結構如圖所示。在試驗段前有一個提高水流速度和平順水流的收縮段。收縮段的首部裝有整流用的蜂窩器。下部裝有使水流循環的水泵，那裡的壓強大，可以避免泵發生空化；水泵的驅動電機可以調速，以調節洞中水的流速。
水洞有壓力調節系統。水洞上游頂部的密閉箱中有自由水面，水面上有空氣，與真空泵連線。抽出空氣時，可以降低試驗段中的壓強，也可以增加試驗段中的壓強。水河有去氣系統，以減少水中的空氣含量；水通過管路進入去氣塔，去氣後回到水洞。水洞的過濾系統使水保持清潔。水洞的控制系統調控水流速度和壓力，並且調控測試系統和數據處理系統等。
水洞可以是非循環的，即利用有一定水位高度的水庫或水箱，放水流入管道的試驗段做試驗。這類水洞稱為自由落體式，缺點是水速變動幅度受到限制；優點是水洞的背景噪聲很小，湍流度低，適於做噪聲試驗和流態顯示試驗。
水洞還可做成帶有自由液面的，其試驗段的截面為矩形。這種水洞可以做物體位於自由面附近的模擬試驗。有的國家把這種水洞做得相當大，可用來做船體和螺旋槳組合體的試驗。目前世界上最大的水洞在聯邦德國柏林水工和造船研究所。它有自由液面；試驗段截面5米×3米，長1米；洞中心高10.5米；最大水速12米/秒。
製造高速水流(例如進行空蝕和空化機理研究時水速要大於40米/秒)需要很大的功率，所以高速水洞的試驗段截面都很小，直徑為30～40毫米。這種循環水洞有人稱為文丘里環。
試驗水工壩、閘門等建築物的減壓箱也是一種循環管道，其試驗段為箱形。
試驗水泵、水輪機等水力機械用的水洞，其試驗段大多為直立式，以適於裝設翼輪模型。這類水洞，通常稱為空化試驗台。
試驗
在進行空化試驗時，試驗段中會產生成群的氣泡。為了防止這些氣泡經過循環再流入試驗段，水洞必須有一定的高度，以使氣泡流過較長的迴路和較高的壓力區而消除掉；也可以安裝專門的溶器，把氣泡重溶於水中。
有的物體處於其他物體的尾流中，例如螺旋槳處於船後的尾流中，可以在收縮段前部裝設專用的格線，模擬尾流。近年來還在試驗段中安置船尾模型，產生尾流。
進行螺旋槳試驗，要在試驗段的上游或下游裝一根與洞體外部電動機相聯的軸，在試驗段內的軸端上安裝螺旋槳模型。可以在洞體外部的軸上安裝力矩儀、推力儀和轉速儀，也可以在試驗段內安裝壓力感測器、天平以及空化的聲學觀測儀器，測量定常壓力、脈動壓力、各種力和力矩並確定空化起始條件和各種發展形態等。
