阻塞度風(fēng)洞阻塞效應(yīng)

風(fēng)洞試驗是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的重要手段之一。在風(fēng)洞中模擬建筑的真實風(fēng)環(huán)境，以確定建筑的氣動力特性和周圍的流場特性。建筑風(fēng)洞通常是閉口直流式或閉口回流式，以壁而為邊界，而實際建筑在大氣流場中并無邊界。用風(fēng)洞的有限空間來模擬實際大氣的無限空間必然伴隨著洞壁干擾，造成建筑氣動力和流場方而的差別。此外，結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的研究對象多為鈍體，當(dāng)氣流流經(jīng)建筑時會產(chǎn)生較為寬闊的側(cè)而繞流和尾流，從而阻塞效應(yīng)尤為顯著。風(fēng)洞壁面對氣流繞流的約束稱為“實體阻塞”，對尾流的約束稱為“尾流阻塞”，上述兩種洞壁干擾即為阻塞效應(yīng)。

至今涉及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗阻塞效應(yīng)的研究較少。一些學(xué)者在相同風(fēng)洞中變化二維方柱模型縮尺比，分別提出二維方柱阻力系數(shù)的修正公式，但試驗條件和公式形式各不相同，無法為三維模型的阻塞修正提供指導(dǎo)。也有少數(shù)學(xué)者對三維模型阻塞效應(yīng)研究。Hunt對湍流邊界層流場中的立方體模型進(jìn)行測壓試驗表明，8%的阻塞度對平均風(fēng)壓的影響不足2%，對脈動風(fēng)壓的影響不足10%。作者指出對于低矮建筑最大容許的阻塞度為10%。徐永定和呂錄勛對切角三角形高層建筑分別進(jìn)行測力和測壓試驗，研究了不同來流風(fēng)向角和湍流度下的阻塞效應(yīng)。謝壯寧等對三種縮尺比的低矮房屋標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行了測壓對比試驗，認(rèn)為當(dāng)阻塞度為4.9%時，阻塞效應(yīng)不能忽視。Wang等仁基于某高層建筑實際工程項目，對兩種縮尺比的剛性測壓模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗，比較了建筑表而平均和脈動風(fēng)壓系數(shù)。

阻塞度是風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷淖畲笥L(fēng)面積與試驗段橫截面積之比。

在風(fēng)洞試驗研究中，一般來說，為了得到準(zhǔn)確的氣動力測量結(jié)果，模型的風(fēng)洞阻塞度不應(yīng)超過5%。另一方面，為了盡量達(dá)到與真實外形的物理相似特別是雷諾數(shù)接近，氣動噪聲測量模型的尺寸需要盡可能大，這就與阻塞度的要求發(fā)生了矛盾。為了盡量得到與真實外形雷諾數(shù)接近的試驗結(jié)果，人們采用了各種措施減弱風(fēng)洞阻塞等洞壁干擾效應(yīng)，如開口試驗段、開槽壁或流線型壁等。但是對洞壁的改進(jìn)并不能完全消除上述干擾，必須對殘存的洞壁效應(yīng)進(jìn)行修正。常用的修正方法有映象法、壁壓信息法和計算法等。其中，映象法最為簡單易用，但阻塞度較大時修正準(zhǔn)度難以保證；壁壓信息法適應(yīng)性強，對氣動力修正精度高，但存在非定常流動時會受到測量點位置選取和壁壓測量結(jié)果不確定性的影響。

計算法最初在20世紀(jì)80年代提出，但一直受到計算量過大、計算結(jié)果不確定性大等限制。近十幾年來計算技術(shù)的長足發(fā)展，使計算修正法重新被人們重視。高永衛(wèi)等利用有限元方法，成功對二維翼型試驗結(jié)果進(jìn)行了修正。Sorensen等采用計算法對開口風(fēng)洞條件下的動量修正法進(jìn)行了校準(zhǔn)。由于可以得到流場細(xì)節(jié)信息，計算法在機理研究方而有著獨到的優(yōu)勢，可以用來揭示不同阻塞度下洞壁干擾產(chǎn)生的機理，并用于建立更準(zhǔn)確的修正模型。

中國航天空氣動力技術(shù)研究院胡寧等采用基于S-A湍流模式的延遲分離渦模擬（DDES）對四輪基本起落架模型氣動噪聲進(jìn)行了數(shù)值模擬。模型安裝在不同截而積具有滑移壁而的風(fēng)洞中，以及底而和側(cè)而為遠(yuǎn)場條件的無風(fēng)洞計算域中，阻塞度從0變化到8.8%。根據(jù)所得到的非定常流場計算了時均的表面壓力分布和表面聲壓級分布?？傮w上說，可以得到如下結(jié)論：

（1）平均表面聲壓級隨阻塞度增大而減小。但是這種減小并不是均勻變化的，而是有一個較窄的阻塞度閡值范圍，約為4%—5%。在這個閾值附近，平均表面聲壓級發(fā)生突然變化；大于或小于這個閾值范圍時，平均聲壓級受阻塞度的影響不大。

（2）前輪的聲壓級對阻塞度變化最為敏感，而后輪的大分離流動造成的聲壓脈動受阻塞度變化的影響較小。這說明阻塞效應(yīng)的作用機理主要是其引起的局部流速增大影響了聲波向上游的傳播。

（3）影響氣動噪聲效應(yīng)的閾值與風(fēng)洞試驗測量氣動力的經(jīng)驗閾值相近，說明不同阻塞度下模型的氣動噪聲特性與平均流動特性密切相關(guān)。 2100433B

中文名稱

阻塞極限

英文名稱

choking limit

定　　義

在壓氣機特性線圖中各等轉(zhuǎn)速線上阻塞起始點的連線。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），汽輪機、燃?xì)廨啓C（二級學(xué)科）