矩形風洞（Rectangular wind tunnel）是一種風洞試驗段截面為矩形的風洞。有關於矩形風洞的研究有：矩形風洞收縮段流場的計算和分析、小尺度矩形截面風洞的壁湍流流場測試等。
基本介紹
- 中文名：矩形風洞
- 外文名：Rectangular wind tunnel
- 特點：風洞試驗段為矩形
- 有關研究：矩形風洞收縮段流場的計算和分析
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：航空術語
矩形風洞收縮段流場研究,小尺度矩形截面風洞的壁湍流流場測試研究,簡介,研究結果,
矩形風洞收縮段流場研究
收縮段是風洞的重要部件，它的主要作用是提高試驗段的氣流品質，即改善流場的均勻性、穩定性及降低湍流度。在沒有分離和低速流動的條件下，收縮段中的流動可以用Laplace方程足夠準確地加以描述。由於方程和幾何形狀相對比較簡單，有可能用解析方法求解，在一段時期內收縮段流動成為理論工作者頗感興趣的研究對象。從40年代至70年代，出現了不少關於收縮段流動的理論研究。這些研究注重於對二元或軸對稱收縮段的流動進行數學求解，但是對於收縮段的實際設計問題則沒有給予很多考慮。為了得到解析結果，大多限於分析某些特殊的理論收縮曲線。對設計要求的考慮也往往不切實際，如要求壁面上不存在逆壓梯度以及出口截面速度完全均勻，導致了無限長的收縮曲線。在實際使用中理論曲線必須截斷，又破壞了理論上的要求。
隨著計算流體力學的發展，收縮段研究的側重點發生了變化，從對理想流動的數學求解轉變為根據真實條件對收縮段進行最佳化設計。近年來在這方面也已經有了不少研究。它們在以下幾方面比原先的研究有所進步：
(1)採用數值方法計算收縮段流動，擺脫了解析方法的局限性，能夠對給定形狀和長度的收縮段進行分析研究，在滿足收縮段設計的實際需要方面前進了一大步。
(2)歸納提出了比較符合收縮段實際流動情況的設計準則。主要是：(a)允許壁面上存在逆壓梯度，但要求邊界層不分離。實際上在人口和出口附近壁面上的逆壓梯度是不可避免的，要求完全消除逆壓梯度將導致無限長的收縮曲線，這既不可能也沒有必要。(b)出口截面速度不要求完全均勻，但要求達到一定的均勻度。實際上在有限長度內要達到出口速度完全均勻也是不可能的。對均勻性的要求一般為±2%。
(3)尋求收縮段的最佳化設計。一般是以在滿足設計準則的約束條件下使收縮段長度最短為最優設計。
這些工作把收縮段的研究水平推進了一步，按照這些方法，可以設計出至少是接近最佳化的收縮段。其中Morel的工作是具有代表性的，它不但給出了具體的設什步驟，而且提供了便於套用的曲線圖表，方便了最佳化收縮段的設計。
但至今這些關於收縮段的研究基本上只限於二元和軸對稱問題。在實際風洞中，除了少數圓極面風洞之外，絕大多數風洞收縮段是三元的，其中多數是矩形截面。至於二元收縮段本來就是一種理想情況，實際上並不存在。在實際的三元收縮段中，流動在橫向發生變化，壁面的逆壓梯度隨著橫向位置不同而改變，在角上變得特別陡峭。出口流動均勻性的情況也與軸對稱及二元收縮段不同。為了得到能滿足設計準則的良好設計，軸對稱及二元的分析設計方法顯然是不夠的。
西北工業大學從1988年開始進行了2.5米×3.5米低速風洞的設計和建設工作。由於要求具有優良的氣流品質,對收縮段的設計給予了足夠的重視。設計中選擇了三種常用的收縮曲線進行比較。為了檢查這些收縮曲線是否滿足設計準則和判斷優劣，需要對矩形三元收縮段的流場進行計算。
小尺度矩形截面風洞的壁湍流流場測試研究
簡介
為此，近年來不少學者開始嘗試在小尺度風洞或水洞內開展該類特殊試驗，如清華大學陳大融等人利用工作段直徑為30 mm的小型水洞開展了大量的疏水表面減阻試驗，天津大學周建和等利用小尺寸風洞完成了湍流流場的試驗測試，並獲得了較好的試驗效果。為探索基於該種小尺度風洞/水洞開展湍流測試試驗的合理可行性，該研究以西安交通大學流體機械國家專業實驗室的吸式小型低速風洞試驗段內湍流流場為例，開展了一系列不同風速下流場的測試及分析。
研究結果
(1)矩形截面試驗段在較低風速下即可實現充分發展的湍流流動，且不同風速下矩形截面試驗段內湍流特性均與充分發展壁湍流邊界層基本一致。
(2)採用小尺度矩形試驗段開展溝槽表面壁湍流流場研究科學可行，預計該項壁湍流試驗研究方法還可以方便地套用於其他壁湍流相關技術的試驗研究。
