风洞实验室是干嘛的,环境风洞实验室介绍，风洞实验室是干嘛的

薛梅梅

我第一次走进北京交通大学结构风工程与城市风环境实验室，是在2018年9月3日，作為一名硕士一年级的新生，进入课题组开始未来三年的科研学习。实验室位于学校机械工程楼B1层，从机械楼正门进入，按照标志指引，下了楼梯，就是另一番天地。

北京交通大学结构风与城市风环境实验室我第一次进入北京交通大学结构风工程与城市风环境实验室是在2018年9月3日。作为一名大一的硕士研究生，我进入了课题组，开始了我未来三年的研究和学习。实验室位于学校机械工程楼B1层。从机械楼正门进入，跟着指示牌走，下楼梯，就是另一个世界。北京交通大学结构风与城市风环境实验室

北京交通大学结构风工程与城市风环境实验室是国内最完善的风工程研究基地之一，主要应用于建筑结构和城市风环境领域。实验区的主要设备是五种不同类型的现代风洞，分别是双试验段回风风洞、直流风洞、龙卷风模拟器、下击暴流模拟器和科普演示风洞。

说到风洞，需要简单介绍一下。风洞是指按照一定要求设计的，装有动力装置，用于各种气动试验的可控气流管道系统。可以模拟研究对象周围的气体流动，测量气体流动对研究对象的作用，观察物理现象。通过动力设备人工制造出符合要求的风，就是风洞的作用。风洞应用广泛，如航空空航天、汽车工业、体育运动等。

有了能够产生风环境的设备，实验室还配备了先进的电子压力测量系统、控制系统和结构测振系统，能够进行测压、测力等试验，同学们可以使用这些设备仪器进行建筑物、桥梁测压和风环境试验，以及其他工业空气动力学试验。

风洞实验室的五座风洞示意图除了可以产生风环境的设备，实验室还配备了先进的电子测压系统、控制系统和结构振动测量系统，可以进行测压和测力试验。学生可以利用这些设备和仪器进行建筑物和桥梁的压力测量和风环境试验，以及其他工业空空气动力学试验。实验室五个风洞的示意图

3.实验室里那面荣誉墙4.布置完成后的模型现场图 5.实验室历史发展 6.正在连接扫描阀的试验团队成员3.实验室里的荣誉墙。4.布局后的模型站点。5.实验室的历史发展。6.连接扫描阀的测试小组成员。

走进实验室，学生工作室有一面艺术感十足的外墙，上面写着实验室的由来和历史发展:2010年，双试验段回流风洞成功开通，2011年，风洞实验室建成投入运行，2013年被评为北京市重点实验室，同年完成实验室二期扩建。2015年，DC风洞和PIV系统正式投入使用。

我们的风洞实验室团队在李波教授等老师的带领下承担了多项国家级项目。主持了国家单板滑雪中心、国家高山滑雪中心、北京副中心绿心剧场、首届进博会东馆、2022年北京冬奥会延庆区广州恒大足球场等数十项大型复杂风工程咨询，开发了国内首个冰雪项目风洞辅助训练系统，协助国家体育总局备战东京奥运会、北京冬奥会。目前已完成十余个国家集训队的风洞试验和多个场馆的风环境评估。其中包括刚刚在东京奥运会上取得优异成绩的中国游泳队张宇菲和杨军。等待著名运动员的考验。

2019年10月，我和我的兄弟姐妹们开始了杨紫茳国际会议中心的风力工程咨询项目。设计前期交接、模型测压点布置、模型公司对接；中期拿到测试模型后，制定相应的测试计划，组织团队成员进行测试；通过后期系统分析，给出咨询报告。

利用风洞完成一项风工程咨询项目并不是一件容易的事情。前期需要规划设计好测压点的布置，然后进行风场布置。需要团队通力合作的插阀工作，是通过一个管道把模型测压点和扫描阀连接起来。对一般模型来说，其表面至少有近400多个测压孔洞，我们要一个一个把这些孔洞通过极细的管道连接起来。将模型和设备连接好后，还需要对模型进行固定，对风洞进行检查后，试验才能正式开始。

7.8.9.10.试验模型用风洞完成一个风工程咨询项目并不容易。需要前期规划设计测压点的布局，然后布置风场。需要团队配合的插阀工作是通过管道将模型测压点与扫描阀连接起来。一般的模型，它的表面至少有近400个测压孔，我们需要通过极细的管子把这些孔一个个连接起来。模型与设备连接后，需要固定模型，进行风洞检查，才能正式开始试验。7.8.9.10 .实验模型

冰雪项目风洞辅助训练测试模型冰雪风洞辅助训练试验模型。

试验结束后，我们还需要通过计算给出风压分布图和风振响应分析报告，为结构的抗风设计提供参考。

东京奥运会最近无疑成为了网络热点，为国争光的奥运健儿在奥运会上书写了历史。众所周知，随着体育运动的不断发展，运动员成绩的提高越来越离不开科技的帮助。现代竞技体育实际上是一个非常复杂的“人-机-环境”系统工程，与运动员的训练、器材、比赛环境密切相关。这些都离不开风洞技术。

因此，北京交通大学风洞实验室主动承担了国家重点研发计划“科技冬奥”，主要是探索和研究风洞在赛车冰雪运动领域的应用。

根据相对运动原理，风洞可以模拟运动员的高速运动，为运动员进行专项训练提供了良好的模拟环境。而且为了减少风的不利影响，合理利用风，还可以利用风洞优化运动员的姿势和队列，开发低风阻高性能的运动器材、服装和装备，在比赛过程中对比赛场地的风环境进行评估。

在李波教授的带领下，实验室团队研发了具有自主知识产权的高精度6点测力仪，专门用于冰雪项目的风洞测试，并在北交大BJ-1风洞实验室建立了国内首个冰雪项目风洞辅助训练系统。这套系统可以通过投影仪将风速、风阻、姿势、重心位置、测试指令实时反馈给测试运动员，通过量化数据优化动作姿势和队列。实验室还帮助在二七国家冰雪运动训练基地建设了中国第一个综合性运动风洞。目前风洞已投入正常使用，团队成员定期到训练基地进行技术指导和协助测试。为了辅助高性能运动器材的研发，还专门开发了运动器材抗风性能评估模块。目前这套系统已经由国家自行车训练队(包括刚刚获得东京奥运会金牌的钟天使和鲍山菊)和国家钢架雪车训练队进行了风洞测试。

北京2022年冬奥会延庆赛区位于小海驼山，包括国家高山滑雪中心和国家雪车雪橇中心。赛区地形复杂，多风，抗风是赛区基础设施和临时设施建设的关键。李波教授带领我们通过野外实测和地形测试相结合的方式，研究延庆赛区复杂山区的风场特性，确定了重要建筑结构抗风设计所需的风场参数。结合延庆赛区基础设施的物理和结构特点，提出选择节段模型进行风洞试验等方法，为延庆赛区基础设施和临时设施建设提供帮助。

不久前，在国家体育总局举行的冰雪项目2020？2021赛季表彰大会暨中国冰雪科学顾问等证书颁发仪式上，李波教授被授予了“中国冰雪科学家”荣誉称号。

12.双试验段回流风洞组成双试验段回流式闭口风洞2010年年底正式投入使用。双试验段指的是具有高速和低速两个试验段，回流式指的是风洞的整个管道首尾闭合，气流在风洞中循环回流，既节省能量又不受外界的干扰。整个风洞由动力段、扩散段、低速试验段、收缩段、高速试验段组成。其中动力段是风洞中气流的动力来源，扩散段的作用是把气流的动能转变为压力能，以减小风洞的功率损失，收缩段管道截面尺寸变小，使气流均匀加速，试验段是布置风场放置模型进行试验的部分。北京交通大学风洞实验室的双试验段回流式闭口风洞的低速试验段尺寸为5.2m×2.5m×14.0m（宽×高×长），高速试验段尺寸为3.0m×2.0m×15.0m（宽×高×长），最高可以提供的风速为30m/s。前不久在国家体育总局举办的冰雪项目2020？在中国冰雪科学顾问2021赛季表彰大会暨证书颁发仪式上，李波教授被授予“中国冰雪科学家”荣誉称号。12.双试验段回流风洞由双试验段回流封闭风洞组成，于2010年底正式投入使用。双试验段是指高速和低速两个试验段。回流式是指风洞整个管道首尾封闭，气流在风洞中循环回流，既节能又不受外界干扰。整个风洞由动力段、扩散段、低速试验段、收缩段和高速试验段组成。其中，动力段是风洞中气流的动力源，扩散段的作用是将气流的动能转化为压力能，从而减少风洞的动力损失。收缩段中管道的横截面尺寸变小，从而可以均匀地加速气流。试验段是布置风场模型进行试验的部分。北京交通大学风洞实验室双试验段封闭风洞低速试验段为5.2m×2.5m×14.0m(宽×高×长)，高速试验段为3.0m×2.0m×15.0m(宽×高×长)，最大可用风速为30m/s。

13.直流式开口风洞直流式开口风洞，也就是风洞的整个管道开敞，气流从管道流出。该设备的试验段尺寸较小，为1.5m×1.2m×10m（宽×高×长），配备有高速摄像机。使用该设备主要是进行PIV（Particle Image Velocimetry）试验，该试验能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，可提供丰富的流场空间結构以及流动特性。13.一次通过式开放式风洞一次通过式开放式风洞，即风洞的整个管道都是开放的，气流从管道中流出。该设备的试验段尺寸较小，1.5m×1.2m×10m(宽×高×长)，配有高速摄像机。该设备主要用于PIV(粒子图像测速)测试，可以记录同一瞬态下空点之间的大量速度分布信息，可以提供流场空的丰富结构和流动特性。

14.下击暴流模拟器及龙卷风模拟器实验室除了可以模拟常态风之外，还可以使用龙卷风模拟器和下击暴流模拟器，分别模拟龙卷风和下击暴流这两种劣态风环境。众所周知，龙卷风虽然并不常见，但是它破坏性强，强风速下其局部的气压差大，形成由下而上的漩涡状气流，因此可以将地面的物体卷起抛向空中，而横向风则可以吹倒大树，吹翻车辆，吹塌建筑物等，因此龙卷风所到之处房屋摧毁，树木折断。试验时，将模型放置在模拟器出风口下方，通过在模型表面布置测量装置，可以观测龙卷风对模型的影响。下击暴流同样是一种极端风，是一股在地面或地面附近引起辐射型灾害性大风的强烈下沉气流。如同它的名字一样，它是一股快速下冲地面的气流，也是一种灾害性天气。试验时，将模型固定在模拟器下方出风口，安装好测试设备后，开启模拟器，就可以模拟研究下击暴流对模型的影响了。14.下击暴流模拟器和龙卷风模拟器实验室不仅可以模拟正常风，还可以使用龙卷风模拟器和下击暴流模拟器分别模拟龙卷风和下击暴流。众所周知，龙卷风虽然不常见，但破坏力很强。在强风速下，局部气压差大，形成自下而上的涡旋气流。所以地面上的物体可以卷起来扔进空，而侧风可以吹倒树木、车辆、建筑等。，所以龙卷风所到之处房屋被毁，树木折断。测试时将模型置于模拟器出风口下方，通过在模型表面布置测量装置，可以观察龙卷风对模型的影响。下游也是极端风的一种，是强烈的向下气流在地面或近地面造成辐射型的灾害性大风。就像它的名字一样，是一种快速冲下地面的气流，也是一种灾害性天气。测试时，模型固定在模拟器下方的出风口。测试设备安装完毕后，模拟器开启，可以模拟研究下击暴流对模型的影响。

编辑:陈思