煙風洞

一種以一條條煙跡模擬氣流流線以顯示物體繞流流譜的直流式低速風洞。一般多為二維的，但也有三維的。這種風洞有一個發煙器，用導管把發煙器產生的煙輸送到模型前方的噴煙排管，由排管噴出帶色的濃煙，順流而下繞過模型，便清晰地顯示出模型繞流流譜。對煙風洞要求流場均勻，紊流度小，速度不宜過高，以使煙跡不致擴散。發煙劑多用沸點高於350攝氏度的優質重洗滌礦物油。

煙風洞1931年前就已出現，目前仍在發展。它在定性顯示和研究某些物體繞流機理方面是不可缺少的實驗工具。

基本介紹

• 中文名：煙風洞
• 外文名：smoke wind tunnel
• 出現時間：1931年前
• 所屬領域：力學
• 目的：研究物體繞流機理
• 形式：二維、三維

基本原理

在氣流中引入煤煙或有色氣體，藉助光線對煙氣質點的散射，可以顯示流體質豫的運動，這就是煙風洞觀察流動的基本原理。

通常可以用電爐將機油加熱，或者燃燒木材、衛生香、菸草等，然後將產生的煙氣引入氣流中，也可以引入碘、氯氣等有色氣體或利用四氯化鈦或四氮化錫的液體。四氯化鈦等在室溫下是液體，但是暴露在空氣中就會和空氣中的水蒸汽起化學作用。產生包括氧化鹽、鹽酸和水的小霧點，懸掛在空氣中，就可以觀察到順氣流的一條白線，放煙時間可維持數分鐘之久。

煙風洞是一種低速風洞，主要用於形象地顯示繞流物體的流動圖形或拍攝成流譜的照片。煙風洞由風洞本件、發煙器、風扇和照明裝置組成。風洞本體的剖面呈矩形，為閉口直流式。煙氣噴口處裝有很多等距並列的細金屬管組成的梳狀管，氣流由此流出而形成一條條細長的煙流線，流過其中安裝實驗模型的實驗段。為了看得清楚和便於拍照，實驗段後壁常漆成黑色，並用管狀的電燈來照明。使用表面裝有放煙小孔的特製模型，還可以觀察附面層從層流到紊流的轉變過程和了解轉捩點的確切位置。

煙風洞可以得到完整的細緻的流動圖形，方i去也很簡單實用。但是當風速近乎2m/s時或者有旋渦產生時，煙流便會被衝散。當風速太小時，由於煙氣質點重子空氣，下降的影響過大，就不能正確地反映流體的真實流動狀態。當採用氮化物時，要注意人身安全。

煙風洞實驗

煙風洞是利用煙流法觀察空氣流過物體時流動圖形的設備。用電阻絲將礦物油加熱，或用其他方法，如點香等方法產生煙，然後通過等距離分布的並排的金屬管將煙引入煙風洞中，這些管子裝置在物體的前面，氣流帶著煙流過物體，這些煙便明顯地讓人看出氣流的流動。

將流線型物體，如水翼、舵的模型，安裝在煙風洞中。流動圖形的特點是：流體流過物體時，煙流變密，流速加大，壓力降低。物體前部煙流的分叉處稱為“駐點”，在該點速度為零。在物體尾部某一區域煙流被衝散，反映流動極不規則，這裡為“尾渦區”或“尾跡”。

當攻角不為零時，物體上部的煙流變得更密，下面的煙流變疏。上面流速大，壓力降低；下面的流速變小，壓力增大。於是上、下兩表面壓力不平衡，產生了向上的壓差力，即“升力”，這就是升力產生的原因。攻角越大，上、下兩表面處煙流的疏密程度相差越大，壓力相差越大，因而升力越大。當攻角增加時，尾渦區也在擴大，在達到某一定值後，由於尾渦區過於擴大，於是產生劇烈的振動，同時升力迅速下降，阻力也劇增，這種現象稱為“失速”。

二維煙風洞

把變壓器油倒人油杯中，尋緩慢地滴入加熱電爐內的坩堝中，便可產生大量白煙。白煙經導煙管導入風洞，由位於模型前方的梳狀管噴出，形成煙流。煙流與實驗段氣流一起流過模型，從而顯示出繞模型的流動，此即煙流法。煙流最後經排氣管排到風洞外。在使用中，煙風洞氣流速度不宜太高，以使氣流保持層流流動，由梳狀管噴出的煙流就不會散亂。向風洞氣流。巾引入煙流的另一種方法是，在機翼前緣表面上開一個小孔或小槽，用管道把煙導入機翼內並從小從小孔或小槽中噴出，則可以根據煙流流態確定機翼表面附面層狀態。在層流附面層中，煙流的輪廓很清晰，如果發生層流分離，能清楚地觀察到煙流從：溪型表而分離的位置，而且在分離點下游一段距離內，煙流輪廓仍很清楚。當附面層由層流轉捩成紊流，煙流會突然被擴散開，煙流擴散區從轉捩點後一直擴展到翼型後緣。通常也能觀察到紊流分離點位置。