# 111學年上 風洞實驗
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| 月份 | 週次(日期) | 內容 |
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| Nov | I (Oct.31~Nov.6) | 簡易風洞的設計1 |
| | II (Nov.7~Nov.13) | 簡易風洞的設計2 |
| | III (Nov.14~Nov.20) | 風洞構造介紹 |
| | VI (Nov.21~Nov.27) | 風洞構造參數介紹 |
| Dec | V (Nov.28~Dec.4) | 風洞內流場可視化 |
| | VI (Dec.5~Dec.11) | 風洞內流場可視化 |
| | VII (Dec.12~Dec.18) | |
| | VIII (Dec.19~Dec.26) | |
| | IX (Dec.26~Jan.1) | |

# Low-Cost Wind Tunnel Introduction
## 1.整流段(Settling chamber)
整流段---把被吸進風洞的氣流都通通拉直。
因為我們希望流進空洞的是high quality flow，所以為了增加氣流均勻度(uniformities)，減少紊流度(turbulance level)，我們會用screen和honeycombs來幫我們達成這個目的(若漸縮段的漸縮比N夠大，便可忽略screen和honeycombs造成的總壓變小)
#### honeycombs(蜂巢結構)
讓氣流只從一個方向進入空洞，避免旋轉的氣流產生
#### screen(篩網?)
讓通過蜂巢有快有慢的氣流都能以同樣速度進入下個section(類似洞小一點的烤肉網)

蜂巢結構能有效減少側向的紊流(lateral turbulence)，但會造成軸向(axial)的紊流(蜂巢直徑多大，紊流就多寬)
---故蜂巢厚度至少要大於六倍蜂巢直徑

篩網則能有效減少軸向?的紊流(longitudinal turbulence)
---使用2到3個篩網可以將湍流度減少到 0.15%
#### 所以最好的整流段當然是結合蜂巢和篩網(如果你沒這些東西要自己做，也可以用吸管)

## 2.收縮段(Contraction or Nozzle)

整個風洞最重要的部分，對flow quality也有以下三點的影響
### 1.使氣流均勻(uniformities)
從以上舉例能明白，收縮段內的氣流經過壓縮後，能確實讓出口氣流變得均勻，氣流的速度都會趨於一致，這樣等等在測試段準備接受測試的載具，做出來的實驗結果才會是最準確的。
### 2.將氣流加速
最直觀的優點，能讓實驗測試範圍變的更廣，收縮率越大能測得的範圍也越廣。
### 3.減少紊流度
紊流度=脈動速度的平方根(風速之標準差)/平均速度
在第一點使氣流均勻的說明中就提過，收縮段能使氣流速度趨於一致，因此紊流度隨著風速之標準差變小，也跟著變小。

### 收縮率(N)
收縮率=入口與出口之面積比
理論上來說N越大越好，但N是影響風洞尺寸最大的因素，基於現實因素N得進行適當調整。

收縮段對於對於平均速度變化的影響
軸向(axial)均方根(rms)速度波動與平均速度的比率將減少1/N^2倍
橫向(lateral)均方根(rms)速度波動與平均速度的比率將增加N倍
也就是說，收縮段旨在能大幅減少軸向速度波動，而橫向速度波動的增加算是一種小小的副作用(多加篩網在整流段能解決)

### 收縮段的形狀
以前的設計是在入口(寬)端的曲率半徑比較小，在出口端的曲率半徑再變的比較大(加速快到慢)，讓從收縮段出來的氣流能較滑順的進到測試段內，但這樣可能會造成入口端的氣流因收縮太快產生邊界層分離。

較好的辦法是讓兩端的曲率半徑與兩端的開口寬度一致，意思就是開始的曲率半徑會較大到後面再慢慢變小(加速慢到快)，但這個方法的缺點就是開口端收縮產生的加速度太小，會讓邊界層厚度提高，造成效率降低。

### 收縮段設計
我們看到收縮段部分的第一張圖中的α/2 and β/2，希望這兩個角度都能以12度的順序下去取值(ex:12,24,36...)，根據此文章作者的說法，這樣設計的收縮段會有合理的長度以及良好的流體力學表現。
[xM,yM]=[(xW+xN)/2,(yW+yN)/2)]
([xM,yM]取在入口和出口之座標中點)

## 3.測試段(Test chamber)
測試段的尺寸和流速決定了我們能放入的模型的最大尺寸

在航空用途中，測試段的截面會希望用矩形
3 dimensional tests: width : height = 4 : 3
2 dimensional tests: width : height = 2 : 5

因為有時我們會放一些量測器具在測試段中，所以為了方便，我們會讓測試段內氣壓等於外界環境氣壓，因此我們會在擴張段的入口開一個寬度為測試段長度1%的小洞。

基本上測試段的截面積從入口到出口，都會是定值，但是在某些情況下，因為邊界層厚度會逐漸變厚，所以我們會稍微增加測試段尾段的截面積，來抵消變厚的邊界層(although it would be strictly valid only for the design Reynolds number)

# Flow Visualization
大致分為對streakline和streamline作分析
途中白色煙霧為streakline(不同時間經過同一點之煙粒的連線)
機翼和機身表面之tufting(埋線)連起來為其streamline
### 1.Smoke flow visualization(煙霧法)
煙霧法是由流場中固定位置產生煙霧，讓煙粒於流場中被自由帶動，煙粒最後便構成一條煙線(streakline)，而當流場穩定時，streakline與streamline會相同。
煙霧是由在金屬線上抹油，藉由通電加熱金屬線所生的。

### 2.Polybutene(聚丁烯) oil spots
Before
先在表面平均點上聚丁烯油滴
After
風洞吹過後會在表面留下streamline的軌跡

### 3.China clay method
先是在飛機表面刷上china clay

被風洞吹過之後，china clay會在表面留下streamline的軌跡

## 我的結論
在煙霧法中，我們能透過分析streakline的流向，判斷載具在流場中的整體表現。Ex:像是我們暑假做的大飛機，若是在試飛前能先在風洞中進行煙霧法的測試，應該可以簡單發現垂直尾翼吃不到風的狀況，避免掉試飛跟比賽都爆摔一頓的窘境。
而在油滴法和埋線法中，我們能觀察到每一片表面細部的streamline，透過細部的streamline來觀察有沒有發生邊界層分離的現象，如果有邊界層分離的現象，代表有逆壓力梯度，油滴和埋線的走向可能就變成逆著流場的方向或產生不規則的走勢。