阻塞度定義

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

風(fēng)洞試驗(yàn)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(shí)風(fēng)環(huán)境，以確定建筑的氣動(dòng)力特性和周圍的流場(chǎng)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(shí)際建筑在大氣流場(chǎng)中并無(wú)邊界。用風(fēng)洞的有限空間來(lái)模擬實(shí)際大氣的無(wú)限空間必然伴隨著洞壁干擾，造成建筑氣動(dòng)力和流場(chǎng)方而的差別。此外，結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的研究對(duì)象多為鈍體，當(dāng)氣流流經(jīng)建筑時(shí)會(huì)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(duì)氣流繞流的約束稱為“實(shí)體阻塞”，對(duì)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(yàn)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(yàn)條件和公式形式各不相同，無(wú)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(duì)三維模型阻塞效應(yīng)研究。Hunt對(duì)湍流邊界層流場(chǎng)中的立方體模型進(jìn)行測(cè)壓試驗(yàn)表明，8%的阻塞度對(duì)平均風(fēng)壓的影響不足2%，對(duì)脈動(dòng)風(fēng)壓的影響不足10%。作者指出對(duì)于低矮建筑最大容許的阻塞度為10%。徐永定和呂錄勛對(duì)切角三角形高層建筑分別進(jìn)行測(cè)力和測(cè)壓試驗(yàn)，研究了不同來(lái)流風(fēng)向角和湍流度下的阻塞效應(yīng)。謝壯寧等對(duì)三種縮尺比的低矮房屋標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行了測(cè)壓對(duì)比試驗(yàn)，認(rèn)為當(dāng)阻塞度為4.9%時(shí)，阻塞效應(yīng)不能忽視。Wang等仁基于某高層建筑實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)兩種縮尺比的剛性測(cè)壓模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，比較了建筑表而平均和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)。

在風(fēng)洞試驗(yàn)研究中，一般來(lái)說(shuō)，為了得到準(zhǔn)確的氣動(dòng)力測(cè)量結(jié)果，模型的風(fēng)洞阻塞度不應(yīng)超過(guò)5%。另一方面，為了盡量達(dá)到與真實(shí)外形的物理相似特別是雷諾數(shù)接近，氣動(dòng)噪聲測(cè)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(shí)外形雷諾數(shù)接近的試驗(yàn)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(yàn)段、開槽壁或流線型壁等。但是對(duì)洞壁的改進(jìn)并不能完全消除上述干擾，必須對(duì)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(jì)算法等。其中，映象法最為簡(jiǎn)單易用，但阻塞度較大時(shí)修正準(zhǔn)度難以保證；壁壓信息法適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)氣動(dòng)力修正精度高，但存在非定常流動(dòng)時(shí)會(huì)受到測(cè)量點(diǎn)位置選取和壁壓測(cè)量結(jié)果不確定性的影響。

計(jì)算法最初在20世紀(jì)80年代提出，但一直受到計(jì)算量過(guò)大、計(jì)算結(jié)果不確定性大等限制。近十幾年來(lái)計(jì)算技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，使計(jì)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(duì)二維翼型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了修正。Sorensen等采用計(jì)算法對(duì)開口風(fēng)洞條件下的動(dòng)量修正法進(jìn)行了校準(zhǔn)。由于可以得到流場(chǎng)細(xì)節(jié)信息，計(jì)算法在機(jī)理研究方而有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，可以用來(lái)揭示不同阻塞度下洞壁干擾產(chǎn)生的機(jī)理，并用于建立更準(zhǔn)確的修正模型。

中國(guó)航天空氣動(dòng)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(duì)四輪基本起落架模型氣動(dòng)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(chǎng)條件的無(wú)風(fēng)洞計(jì)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(chǎng)計(jì)算了時(shí)均的表面壓力分布和表面聲壓級(jí)分布。總體上說(shuō)，可以得到如下結(jié)論：

（1）平均表面聲壓級(jí)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(gè)較窄的阻塞度閡值范圍，約為4%—5%。在這個(gè)閾值附近，平均表面聲壓級(jí)發(fā)生突然變化；大于或小于這個(gè)閾值范圍時(shí)，平均聲壓級(jí)受阻塞度的影響不大。

（2）前輪的聲壓級(jí)對(duì)阻塞度變化最為敏感，而后輪的大分離流動(dòng)造成的聲壓脈動(dòng)受阻塞度變化的影響較小。這說(shuō)明阻塞效應(yīng)的作用機(jī)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(dòng)噪聲效應(yīng)的閾值與風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量氣動(dòng)力的經(jīng)驗(yàn)閾值相近，說(shuō)明不同阻塞度下模型的氣動(dòng)噪聲特性與平均流動(dòng)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(jī)特性線圖中各等轉(zhuǎn)速線上阻塞起始點(diǎn)的連線。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)（二級(jí)學(xué)科）