风洞林带模型试验fengdong lindai moxing shiyanwind tunnel shelter belts model experiment

在风洞中进行的防护林带模拟试验。风洞能产生气流进行空气动力试验， 早年用于航空模型试验， 近几十年来也建造专门的低速风洞用于非航空（包括林业）方面的试验。在林业方面除林带模拟试验外， 林木的风压和风折、蒸发和蒸腾、昆虫的迁飞等也常常借助于低速风洞进行空气动力试验研究。
风洞试验特点 林带模型的风洞试验与野外对原型林带的观测相比， 其优点是： ❶可以根据需要设计各种林带模型， 经试验找出林带的最优结构；
❷可以严格控制影响防护效果的各个因子(包括大气稳定度、风向、风速、林带结构类型、疏透度或透风系数、宽度、高度、下垫面粗糙度及地形坡度等), 便于研究单因子的影响， 使分析结果更为可靠；
❸风洞模型试验布设简单， 观测方便， 可以在短时间内取得大量完整系统的观测资料。同时， 可提高功效， 节省大量人力和物力。

开路闭口吸气式低速风洞示意图

A: 收缩段； B: 工作段； C: 扩散段； D: 风扇段； M: 马达； E: 整流网； F: 蜂窝器； G: 速度车； H: 林带模型；α: 扩散角； W: 风扇

风洞构造 林带模型试验， 在低速风洞 (马赫数M≤0.4)中进行， 风洞类型按进气方向可分为吸气式和吹气式； 按风洞体的结构特征可分为开路式和回流式； 按试验段的联接方式可分为开口式和闭口式。下图是开路闭口吸气式低速风洞示意图。风洞体由四部分组成： ❶收缩段(A)是气流的进口段， 边壁为流线型， 以使气流稳定地进入洞体；
❷工作段(B)处布设模型， 进行观测试验。模型前应有足够长的距离， 以使底面上形成较厚边界层； 模型后应留有为模型高度六十倍以上的距离进行观测；
❸扩散段(C)截面积沿气流方向增大以减少出口的风速及能量损失， 提高机械效率。扩散角α一般取5°左右；
❹风扇段(D)是风洞动力部分， 在风扇(W)前后产生压差以形成气流。风洞还有三个附属部件： 一个是整流网(E)用来减小气流的紊流度； 一个是蜂窝器(F)起整流作用， 使气流方向与轴向一致； 再一个是速度车(G)用来形成较厚的边界层以满足运动相似的条件。
风洞试验段的技术条件应能达到下列要求： ❶未安装速度车时， 靠近洞壁的边界层应尽量浅薄， 横截面上的等风速线沿周边密集、而中心部分气流速度分布均匀， 任一横截面上风速均方差的绝对值不大于0.25%, 纵断面上沿同一高度的风速也力求均匀。但由于边界层沿轴向增加， 一般在风洞试验段上安装活动顶板以消除这种影响。同时在整理资料计算模型附近某点相对风速时，可取同一点无模型时的风速为“旷野”风速，以消除这种风速分布不均引起的误差；
❷气流的紊流度ε应保持在0.2～1.75%之间；
❸气流方向与轴向的偏角不应超过±0.3°;
❹气流的低频脉动，即由于电压不稳定引起的风速变化不应大于模型试验中的观测误差。
林带模型 林带模型的高度(H)应低于边界层厚度的2/3，且小于试验段高度的1/7(或1/10)。林带模型一般可分为两类：❶平面结构林带模型。通常用胶合板或其他平板做成。板长与风洞底面的宽度接近，板宽即为模型的高度。在板上钻取不同数量和大小的孔洞作成有各种疏透度的林带，也可由木板条拼成。或用单层金属网或纤维网、渔网等在风洞底板上竖直张紧做成各种林带模型。
❷立体结构林带模型。通常用模型树组合成“林带”。模型树的制作各不相同，可用金属管做成树干形状，金属丝做成树冠形状，插入管内做成。或用真实的小树枝（如桧柏枝等）代替金属“树冠”。也有用直立的铁钉代替模型树的。试验时，根据需要由模型树组合成不同结构类型、不同疏透度的“林带”（见林带疏透度），也可用多层彼此间有一定行距的金属网或纤维网做成其作用类似立体结构的林带模型。
风速测量 林带模型风洞试验中风速的测量，一般用热线微风仪或者皮脱管风速仪，其动压管与静压管的直径约为1～3毫米，可以是分列式的，也可将动压管套入静压管内见热线风速表)。