水洞是水動力學(xué)實驗的一種設(shè)備，可用來研究邊界層、尾流、湍流、空化、水彈性等現(xiàn)象，以及水流與試驗物體之間的作用力。水洞是一個流速和壓力可以分別控制的水循環(huán)系統(tǒng)。水洞的試驗段截面有圓形的、方形的，也有矩形的。水洞的上、下、前、后都有觀察窗。同拖曳水池正好相反，在水洞中移動的不是試驗物體，而是可控水流（見彩圖）。水洞的運(yùn)轉(zhuǎn)性能類似亞聲速風(fēng)洞，只是試驗介質(zhì)不同。最早的水洞是英國C.A.帕森斯于1896年建造的。

結(jié)構(gòu)

水洞的結(jié)構(gòu)如圖所示。在試驗段前有一個提高水流速度和平順?biāo)鞯氖湛s段。收縮段的首部裝有整流用的蜂窩器。下部裝有使水流循環(huán)的水泵，那里的壓強(qiáng)大，可以避免泵發(fā)生空化；水泵的驅(qū)動電機(jī)可以調(diào)速，以調(diào)節(jié)洞中水的流速。

水洞有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水洞上游頂部的密閉箱中有自由水面，水面上有空氣，與真空泵連接。抽出空氣時，可以降低試驗段中的壓強(qiáng)，也可以增加試驗段中的壓強(qiáng)。水洞有去氣系統(tǒng)，以減少水中的空氣含量；水通過管路進(jìn)入去氣塔，去氣后回到水洞。水洞的過濾系統(tǒng)使水保持清潔。水洞的控制系統(tǒng)調(diào)控水流速度和壓力，并且調(diào)控測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

水洞可以是非循環(huán)的，即利用有一定水位高度的水庫或水箱，放水流入管道的試驗段做試驗。這類水洞稱為自由落體式，缺點是水速變動幅度受到限制；優(yōu)點是水洞的背景噪聲很小，湍流度低，適于做噪聲試驗和流態(tài)顯示試驗。

水洞還可做成帶有自由液面的，其試驗段的截面為矩形。這種水洞可以做物體位于自由面附近的模擬試驗。有的國家把這種水洞做得相當(dāng)大，可用來做船體和螺旋槳組合體的試驗。目前世界上最大的水洞在聯(lián)邦德國柏林水工和造船研究所。它有自由液面；試驗段截面5米×3米，長10米;洞中心高10.5米；最大水速12米／秒。

制造高速水流（例如進(jìn)行空蝕和空化機(jī)理研究時水速要大于40米／秒）需要很大的功率，所以高速水洞的試驗段截面都很小，直徑為30～40毫米。這種循環(huán)水洞有人稱為文丘里環(huán)。

試驗水工壩、閘門等建筑物的減壓箱也是一種循環(huán)管道，其試驗段為箱形。

試驗水泵、水輪機(jī)等水力機(jī)械用的水洞，其試驗段大多為直立式，以適于裝設(shè)翼輪模型。這類水洞，通常稱為空化試驗臺。

試驗

在進(jìn)行空化試驗時，試驗段中會產(chǎn)生成群的氣泡。為了防止這些氣泡經(jīng)過循環(huán)再流入試驗段，水洞必須有一定的高度，以使氣泡流過較長的回路和較高的壓力區(qū)而消除掉；也可以安裝專門的溶器，把氣泡重溶于水中。

有的物體處于其他物體的尾流中，例如螺旋槳處于船后的尾流中，可以在收縮段前部裝設(shè)專用的網(wǎng)格，模擬尾流。近年來還在試驗段中安置船尾模型，產(chǎn)生尾流。

進(jìn)行螺旋槳試驗，要在試驗段的上游或下游裝一根與洞體外部電動機(jī)相聯(lián)的軸，在試驗段內(nèi)的軸端上安裝螺旋槳模型?？梢栽诙大w外部的軸上安裝力矩儀、推力儀和轉(zhuǎn)速儀，也可以在試驗段內(nèi)安裝壓力傳感器、天平以及空化的聲學(xué)觀測儀器，測量定常壓力、脈動壓力、各種力和力矩并確定空化起始條件和各種發(fā)展形態(tài)等。

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