24-08-2020, 08:58 PM
هوای تونل باد در سرعت‌های کمتر از سرعت صوت با استفاده از فن‌های بزرگ تولید می‌شود. در سرعت بالاتر از سرعت صوت، از دو روش می‌توان برای ایجاد جریان هوا استفاده کرد. روش اول، تزریق جریان هوای فشرده از یک مخزن هوای فشرده در بالادست تونل باد است و در روش دوم از یک «تانک خلا» (Vacuum Tank) که در انتهای تونل باد قرار داده شده، استفاده می‌شود. در برخی از موارد نیز برای تولید یک سرعت مافوق صوت (سرعت جریان هوا در این حالت حداقل پنج برابر سرعت صوت است) از ترکیب این دو روش استفاده می‌شود.
![[تصویر: Wind-Tunnel4.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel4.jpg)
تونل باد با سرعتی بیشتر از سرعت صوت
اجزای اصلی تونل باد، شامل «مخروط ورودی» (Entrance Cone)، مقطع تست (Test Section)، «ناحیه عبور» (Regain Passage)، «موتور یا ملخ» (Propeller or Motor) و «ناحیه بازگشت» (Return Passage) است. «مستقیم‌کننده‌های جریان» (Flow Straighteners)، «پره‌های زاویه‌دار» (Corner Vanes)، «ردیف‌های هانی کامب» (Honeycomb Layers) که برای کاهش آشفتگی جریان استفاده می‌شوند، «مبدل‌های حرارتی هوا» (Air Heat Exchangers) و «دیفیوزرها» (Diffusers) نیز اجزای دیگری هستند که در تونل‌های باد مشاهده می‌شوند.
فشار سطح جسم در تونل‌های باد با استفاده از ایجاد حفره‌های کوچک روی سطح جسم و یا با استفاده از «لوله پیتوت» (Pitot Tubes) قابل اندازه‌گیری است. نیروهایی که به مدل وارد می‌شود را می‌توان با استفاده از اندازه‌گیری پارامترهای مختلف جریان در بالادست و پایین دست مدل، محاسبه کرد. با استفاده از لوله پیتوت می‌توان علاوه بر اندازه‌گیری فشار، سرعت جریان در بالا دست را نیز به شکل زیر به دست آورد.
![[تصویر: Wind-Tunnel5.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel5.jpg)
لوله پیتوت
فشار کل = فشار استاتیک + فشار دینامیک
![[تصویر: Wind-Tunnel24.png]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel24.png)
بنابراین برای اندازه‌گیری سرعت جریان بالادست، ابتدا باید با استفاده از لوله پیتوت فشار استاتیک و کل را مانند شکل بالا محاسبه کنیم. در نهایت به کمک رابطه بالا سرعت جریان سیال قابل محاسبه است. رابطه خلاصه شده سرعت جریان را می‌توان به شکل زیر بازنویسی کرد.
![[تصویر: Wind-Tunnel17.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel17.jpg)
تونل باد و ورزش
امروزه تونل‌های باد در ورزش‌های گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن‌ها سرعت ورزشکار، پارامتر بسیار مهم برای برنده شدن است. مسابقات موتورسواری، اتومبیل‌رانی، دوچرخه سواری، اسکی و قایقرانی، فقط بخشی از مثال‌هایی هستند که در آن‌ها از تونل باد برای کاهش تنها چند میلی ثانیه زمان استفاده می‌شود. در واقع شبیه‌سازی مسابقه و پرواز با استفاده از تونل باد و در نهایت اصلاح طراحی و ساخت، بسیار راحت‌تر از زمانی است که تست در محیط بیرون و واقعی انجام می‌شود.
![[تصویر: Wind-Tunnel9.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel9.jpg)
کاربرد تونل‌های باد در دوچرخه‌سواری ![[تصویر: Wind-Tunnel7.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel7.jpg)
کاربرد تونل‌های باد در قایقرانی ![[تصویر: Wind-Tunnel8.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel8.jpg)
کاربرد تونل‌های باد در اسکی
همانطور که می‌دانید اکثر اتومبیل‌ها نیروی لیفت تولید می‌کنند. در این حالت، با افزایش سرعت اتومبیل، نیروی لیفت آن نیز افزایش پیدا می‌کند و تحت این شرایط اتومبیل ناپایدار می‌شود. برای مقابله با این شرایط، بسیاری از اتومبیل‌ها طوری طراحی شدند که در هنگام حرکت، لیفت منفی تولید کنند.
خودروهای خانواده «سدان» (Sedan) ضریب لیفتی برابر با 0.3 دارند، این در حالی است که ضریب لیفت خودروهای فرمول یک در حدود 3.8 محاسبه شده است. تمامی این موارد را می‌توان در یک تونل باد مشاهده و اندازه‌گیری کرد و از نتایج آن برای طراحی بهتر استفاده کرد.
همانطور که می‌دانیم، ضریب لیفت و ضریب درگ، پارامترهای بی‌بعدی هستند که با استفاده از تحلیل ابعادی در مسائل مختلف محاسبه می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به ترتیب با استفاده از روابط زیر اندازه‌گیری کرد.
![[تصویر: Wind-Tunnel25.png]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel25.png)
![[تصویر: Wind-Tunnel26.png]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel26.png)
در این رابطه Fl و Fd به ترتیب نیروی لیفت و درگ را نشان می‌دهند. ρ چگالی سیال را بیان می‌کند و A مساحت سطحی از جسم است که نیروی لیفت و درگ را تجربه می‌کند. تعریف درست این مساحت در علوم مختلف متفاوت است و به عنوان یک قرار داد در علوم مختلف برای نمایش ضریب لیفت و درگ در نظر گرفته می‌شود.
اجزای تونل باد
تونل باد محیطی است که علاوه بر مهندسان هوافضا که کار تجربی انجام می‌دهند توسط متخصصان «دینامیک سیالات محاسباتی» (Computational Fluid Dynamics) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. دینامیک سیالات محاسباتی، بخشی از علم آیرودینامیک است که به صورت خلاصه با نماد CFD نمایش داده می‌شود که ویژگی‌های جریان عبوری از روی اجسام و درون آن‌ها را با استفاده از کامپیوتر مورد محاسبه قرار می‌دهد.
تونل‌های باد مدار بسته به نسبت تونل‌های مدار باز، جریان یکنواخت‌تری را تولید می‌کنند و به صورت رایج، تونل‌های باد بزرگ مانند تونل‌های مورد استفاده از فرمول یک را با استفاده از این نوع تونل‌ها می‌سازند. طراحی و ساخت این تونل‌ها نیاز به در نظر گرفتن ملاحظات بسیاری دارد. این تونل‌ها باید طوری طراحی شوند که جریان عبوری از گوشه‌ها مقدار آشفتگی یا توربولانس کم‌تری را تجربه کند و به صورت یکنواخت وارد مقطع تست شود. شکل زیر اجزای مختلف یک تونل باد مدار بسته را نشان داده است.
![[تصویر: Wind-Tunnel10.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/09/Wind-Tunnel10.jpg)
تونل باد مدار بسته
تونل باد با سرعتی بیشتر از سرعت صوتاجزای اصلی تونل باد، شامل «مخروط ورودی» (Entrance Cone)، مقطع تست (Test Section)، «ناحیه عبور» (Regain Passage)، «موتور یا ملخ» (Propeller or Motor) و «ناحیه بازگشت» (Return Passage) است. «مستقیم‌کننده‌های جریان» (Flow Straighteners)، «پره‌های زاویه‌دار» (Corner Vanes)، «ردیف‌های هانی کامب» (Honeycomb Layers) که برای کاهش آشفتگی جریان استفاده می‌شوند، «مبدل‌های حرارتی هوا» (Air Heat Exchangers) و «دیفیوزرها» (Diffusers) نیز اجزای دیگری هستند که در تونل‌های باد مشاهده می‌شوند.
فشار سطح جسم در تونل‌های باد با استفاده از ایجاد حفره‌های کوچک روی سطح جسم و یا با استفاده از «لوله پیتوت» (Pitot Tubes) قابل اندازه‌گیری است. نیروهایی که به مدل وارد می‌شود را می‌توان با استفاده از اندازه‌گیری پارامترهای مختلف جریان در بالادست و پایین دست مدل، محاسبه کرد. با استفاده از لوله پیتوت می‌توان علاوه بر اندازه‌گیری فشار، سرعت جریان در بالا دست را نیز به شکل زیر به دست آورد.
لوله پیتوتفشار کل = فشار استاتیک + فشار دینامیک
بنابراین برای اندازه‌گیری سرعت جریان بالادست، ابتدا باید با استفاده از لوله پیتوت فشار استاتیک و کل را مانند شکل بالا محاسبه کنیم. در نهایت به کمک رابطه بالا سرعت جریان سیال قابل محاسبه است. رابطه خلاصه شده سرعت جریان را می‌توان به شکل زیر بازنویسی کرد.
تونل باد و ورزش
امروزه تونل‌های باد در ورزش‌های گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن‌ها سرعت ورزشکار، پارامتر بسیار مهم برای برنده شدن است. مسابقات موتورسواری، اتومبیل‌رانی، دوچرخه سواری، اسکی و قایقرانی، فقط بخشی از مثال‌هایی هستند که در آن‌ها از تونل باد برای کاهش تنها چند میلی ثانیه زمان استفاده می‌شود. در واقع شبیه‌سازی مسابقه و پرواز با استفاده از تونل باد و در نهایت اصلاح طراحی و ساخت، بسیار راحت‌تر از زمانی است که تست در محیط بیرون و واقعی انجام می‌شود.
کاربرد تونل‌های باد در دوچرخه‌سواری کاربرد تونل‌های باد در قایقرانی کاربرد تونل‌های باد در اسکیهمانطور که می‌دانید اکثر اتومبیل‌ها نیروی لیفت تولید می‌کنند. در این حالت، با افزایش سرعت اتومبیل، نیروی لیفت آن نیز افزایش پیدا می‌کند و تحت این شرایط اتومبیل ناپایدار می‌شود. برای مقابله با این شرایط، بسیاری از اتومبیل‌ها طوری طراحی شدند که در هنگام حرکت، لیفت منفی تولید کنند.
خودروهای خانواده «سدان» (Sedan) ضریب لیفتی برابر با 0.3 دارند، این در حالی است که ضریب لیفت خودروهای فرمول یک در حدود 3.8 محاسبه شده است. تمامی این موارد را می‌توان در یک تونل باد مشاهده و اندازه‌گیری کرد و از نتایج آن برای طراحی بهتر استفاده کرد.
همانطور که می‌دانیم، ضریب لیفت و ضریب درگ، پارامترهای بی‌بعدی هستند که با استفاده از تحلیل ابعادی در مسائل مختلف محاسبه می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به ترتیب با استفاده از روابط زیر اندازه‌گیری کرد.
در این رابطه Fl و Fd به ترتیب نیروی لیفت و درگ را نشان می‌دهند. ρ چگالی سیال را بیان می‌کند و A مساحت سطحی از جسم است که نیروی لیفت و درگ را تجربه می‌کند. تعریف درست این مساحت در علوم مختلف متفاوت است و به عنوان یک قرار داد در علوم مختلف برای نمایش ضریب لیفت و درگ در نظر گرفته می‌شود.
اجزای تونل باد
تونل باد محیطی است که علاوه بر مهندسان هوافضا که کار تجربی انجام می‌دهند توسط متخصصان «دینامیک سیالات محاسباتی» (Computational Fluid Dynamics) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. دینامیک سیالات محاسباتی، بخشی از علم آیرودینامیک است که به صورت خلاصه با نماد CFD نمایش داده می‌شود که ویژگی‌های جریان عبوری از روی اجسام و درون آن‌ها را با استفاده از کامپیوتر مورد محاسبه قرار می‌دهد.
تونل‌های باد مدار بسته به نسبت تونل‌های مدار باز، جریان یکنواخت‌تری را تولید می‌کنند و به صورت رایج، تونل‌های باد بزرگ مانند تونل‌های مورد استفاده از فرمول یک را با استفاده از این نوع تونل‌ها می‌سازند. طراحی و ساخت این تونل‌ها نیاز به در نظر گرفتن ملاحظات بسیاری دارد. این تونل‌ها باید طوری طراحی شوند که جریان عبوری از گوشه‌ها مقدار آشفتگی یا توربولانس کم‌تری را تجربه کند و به صورت یکنواخت وارد مقطع تست شود. شکل زیر اجزای مختلف یک تونل باد مدار بسته را نشان داده است.
تونل باد مدار بسته