【科普】什么是低温风洞?

什么是低温风洞？
低温风洞，是用降低工作介质温度的方法来提高实验雷诺数的风洞。通常介质的工作温度低于-100℃。由于低温风洞具有独立改变马赫数、雷诺数和动压的能力，所以就出现了喷注液氮降低实验气体温度、提高雷诺数的这种特殊风洞。

随着飞行器尺度不断增大，风洞试验雷诺数模拟能力不足变得更加突出。为解决常规风洞雷诺数模拟不足的问题，采用低温风洞已被证明是一条可行的途径。目前世界上几乎所有运转的低温风洞都是采用液氮气化吸热方法，来降低和保持试验气体的温度。

提高风洞雷诺数有多种途径，其中低温风洞通过向风洞喷射液氮降低气流总温的方法来提高实验雷诺数，并不断向外排出低温氮气以维持洞体内压力。降低试验气流总温具有造价和运行费用低的优点，并可采用同一模型在相同总压条件下进行变雷诺数试验，可避免不同模型以及承受载荷变化引起外形改变产生的额外误差，使雷诺数效应试验结果更可靠。在模型尺寸和气流总压相同条件下，试验气流总温由原来322K降至100K，雷诺数可提高5倍，驱动功率下降45％。

简单的说，低温风洞是为了设计飞行器用的。因为温度低了试验更容易做，所以采用低温风洞。

低温风洞是一种复杂的实验设备，目的是在实验室条件下模拟各种实际使用环境，例如高海拔、极地和空间环境等。这些环境中的温度可能低至液态氮的沸点以下。

低温风洞通常由以下几个主要部分组成：

1.风洞主体：这是一个大型的、封闭的管道，用于容纳被测试的物体。风洞主体通常由坚固的金属材料制成，以保证其在极端条件下的稳定性和耐用性。

2.制冷系统：该系统用于将风洞主体内的空气冷却到极低的温度。它通常包括一个或多个压缩制冷剂、冷凝器、蒸发器和其他辅助设备。

3.控制系统：该系统用于监控和调节风洞主体内的温度、气流速度和其他参数。它通常包括传感器、调节器和控制系统软件等。

4.被测试物体：这可以是各种材料和部件，例如飞机机翼、火箭发动机、电子设备等。在低温风洞中，这些物体将被暴露在极低的温度和高速气流中，以模拟实际使用环境中的条件。

低温风洞的运行原理

通过制冷系统将风洞主体内的空气冷却到极低的温度，然后通过控制系统，将温度和气流速度控制在所需的范围内。在测试过程中，被测试物体将被放置在风洞主体中，并暴露在低温气流中，通过测量物体在极端条件下的性能和行为，可以评估其在实际使用环境中的表现。

总之，低温风洞是一种用于模拟低温环境条件的重要实验设备，用于模拟极端环境条件，并测试各种材料和部件在低温条件下的性能和行为。