阻塞度风洞阻塞效应

风洞试验是结构风工程研究的重要手段之一。在风洞中模拟建筑的真实风环境，以确定建筑的气动力特性和周围的流场特性。建筑风洞通常是闭口直流式或闭口回流式，以壁而为边界，而实际建筑在大气流场中并无边界。用风洞的有限空间来模拟实际大气的无限空间必然伴随着洞壁干扰，造成建筑气动力和流场方而的差别。此外，结构风工程的研究对象多为钝体，当气流流经建筑时会产生较为宽阔的侧而绕流和尾流，从而阻塞效应尤为显著。风洞壁面对气流绕流的约束称为“实体阻塞”，对尾流的约束称为“尾流阻塞”，上述两种洞壁干扰即为阻塞效应。

至今涉及建筑结构风洞试验阻塞效应的研究较少。一些学者在相同风洞中变化二维方柱模型缩尺比，分别提出二维方柱阻力系数的修正公式，但试验条件和公式形式各不相同，无法为三维模型的阻塞修正提供指导。也有少数学者对三维模型阻塞效应研究。Hunt对湍流边界层流场中的立方体模型进行测压试验表明，8%的阻塞度对平均风压的影响不足2%，对脉动风压的影响不足10%。作者指出对于低矮建筑最大容许的阻塞度为10%。徐永定和吕录勋对切角三角形高层建筑分别进行测力和测压试验，研究了不同来流风向角和湍流度下的阻塞效应。谢壮宁等对三种缩尺比的低矮房屋标准模型进行了测压对比试验，认为当阻塞度为4.9%时，阻塞效应不能忽视。Wang等仁基于某高层建筑实际工程项目，对两种缩尺比的刚性测压模型进行风洞试验，比较了建筑表而平均和脉动风压系数。

阻塞度是风洞试验模型的最大迎风面积与试验段横截面积之比。

在风洞试验研究中，一般来说，为了得到准确的气动力测量结果，模型的风洞阻塞度不应超过5%。另一方面，为了尽量达到与真实外形的物理相似特别是雷诺数接近，气动噪声测量模型的尺寸需要尽可能大，这就与阻塞度的要求发生了矛盾。为了尽量得到与真实外形雷诺数接近的试验结果，人们采用了各种措施减弱风洞阻塞等洞壁干扰效应，如开口试验段、开槽壁或流线型壁等。但是对洞壁的改进并不能完全消除上述干扰，必须对残存的洞壁效应进行修正。常用的修正方法有映象法、壁压信息法和计算法等。其中，映象法最为简单易用，但阻塞度较大时修正准度难以保证；壁压信息法适应性强，对气动力修正精度高，但存在非定常流动时会受到测量点位置选取和壁压测量结果不确定性的影响。

计算法最初在20世纪80年代提出，但一直受到计算量过大、计算结果不确定性大等限制。近十几年来计算技术的长足发展，使计算修正法重新被人们重视。高永卫等利用有限元方法，成功对二维翼型试验结果进行了修正。Sorensen等采用计算法对开口风洞条件下的动量修正法进行了校准。由于可以得到流场细节信息，计算法在机理研究方而有着独到的优势，可以用来揭示不同阻塞度下洞壁干扰产生的机理，并用于建立更准确的修正模型。

中国航天空气动力技术研究院胡宁等采用基于S-A湍流模式的延迟分离涡模拟（DDES）对四轮基本起落架模型气动噪声进行了数值模拟。模型安装在不同截而积具有滑移壁而的风洞中，以及底而和侧而为远场条件的无风洞计算域中，阻塞度从0变化到8.8%。根据所得到的非定常流场计算了时均的表面压力分布和表面声压级分布。总体上说，可以得到如下结论：

（1）平均表面声压级随阻塞度增大而减小。但是这种减小并不是均匀变化的，而是有一个较窄的阻塞度阂值范围，约为4%—5%。在这个阈值附近，平均表面声压级发生突然变化；大于或小于这个阈值范围时，平均声压级受阻塞度的影响不大。

（2）前轮的声压级对阻塞度变化最为敏感，而后轮的大分离流动造成的声压脉动受阻塞度变化的影响较小。这说明阻塞效应的作用机理主要是其引起的局部流速增大影响了声波向上游的传播。

（3）影响气动噪声效应的阈值与风洞试验测量气动力的经验阈值相近，说明不同阻塞度下模型的气动噪声特性与平均流动特性密切相关。 2100433B

中文名称

阻塞极限

英文名称

choking limit

定　　义

在压气机特性线图中各等转速线上阻塞起始点的连线。

应用学科

电力（一级学科），汽轮机、燃气轮机（二级学科）