低速風(fēng)洞試驗(yàn)平臺(tái)初步方案

1                      風(fēng)洞項(xiàng)目概述與建設(shè)背景

本方案旨在為安踏公司設(shè)計(jì)并建造一座專用于運(yùn)動(dòng)服裝面料及半身人臺(tái)空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試的高性能、低湍流度回流式低速風(fēng)洞。該風(fēng)洞將作為安踏運(yùn)動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)研發(fā)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，專注于通過精準(zhǔn)的測(cè)試，優(yōu)化服裝版型、分割線設(shè)計(jì)及表面異形結(jié)構(gòu)，以達(dá)成顯著的減阻效果，從而提升精英運(yùn)動(dòng)員在高速運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（如馬拉松、競走、自行車、滑雪等）中的表現(xiàn)，鞏固安踏在競技裝備領(lǐng)域的技術(shù)好地位。

2                      風(fēng)洞測(cè)試與服裝研發(fā)應(yīng)用

本風(fēng)洞模擬真實(shí)運(yùn)動(dòng)中的復(fù)雜氣流環(huán)境。

測(cè)試對(duì)象：

各類功能性面料、服裝局部樣片、完整服裝（穿著于標(biāo)準(zhǔn)半身人臺(tái)）。

核心測(cè)試目標(biāo)：

精確測(cè)量氣動(dòng)阻力，并可視化分析流場結(jié)構(gòu)。

具體應(yīng)用流程：

1.                      基準(zhǔn)建立：

成衣測(cè)試精度需滿足成年男性半身的測(cè)試頭部、肩部、上半身、下半身等人體部分結(jié)構(gòu)包覆面料的測(cè)試精度。

圖 1帽子結(jié)構(gòu)款式阻力系數(shù)-速度測(cè)試結(jié)果

將標(biāo)準(zhǔn)半身人臺(tái)（可模擬跑步、騎行等不同姿勢(shì)）固定于內(nèi)置的六分量力天平上，獲取裸人臺(tái)在不同風(fēng)速、不同偏航角（模擬側(cè)風(fēng)）下的阻力系數(shù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

2.                      面料級(jí)測(cè)試：

將不同材質(zhì)、不同編織方法、不同表面處理（如異形結(jié)構(gòu)貼條）的面料樣片固定于平板測(cè)力模塊上，量化其局部摩擦阻力差異。面料測(cè)試精度需滿足20cm筒徑雷諾數(shù)-阻力系數(shù)面料測(cè)試數(shù)據(jù)差異最小相差0.05Cd。

圖 2面料20cm筒徑雷諾數(shù)-阻力系數(shù)面料測(cè)試結(jié)果

3.                      服裝版型與分割線優(yōu)化：

為半身人臺(tái)穿上不同版型、不同分割線位置設(shè)計(jì)的測(cè)試服裝。

通過風(fēng)洞測(cè)試，精確量化每一處設(shè)計(jì)更改帶來的阻力變化（可精確到0.01N量級(jí)）。例如，通過對(duì)比測(cè)試，可科學(xué)確定腋下分割線的傾斜角度、后背接縫的位置等，從而將空氣迅速導(dǎo)流，避免渦旋產(chǎn)生。

4.                      表面異形結(jié)構(gòu)導(dǎo)流驗(yàn)證：

在服裝表面關(guān)鍵部位（如肩部、上臂、大腿前側(cè)）粘貼或集成不同形狀、尺寸的異形結(jié)構(gòu)（仿生翼片、溝槽等）。

通過風(fēng)洞測(cè)試，精確評(píng)估這些結(jié)構(gòu)對(duì)整體阻力的影響，并通過煙絲或PIV粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)直觀觀測(cè)其“將空氣迅速導(dǎo)流"的效果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保其能延遲氣流分離，減小低壓尾流區(qū)。

3                      技術(shù)要求

風(fēng)洞應(yīng)滿足占地需求：可用占地面積寬8.979m，長25.152m。高主梁下方大可用高度4.150m次梁4.450m。上述面積為凈尺寸，需要考慮墻體厚度（實(shí)現(xiàn)隔音效果，外部有辦公區(qū)域，需要考慮降低運(yùn)行噪音），門位置以及大小。包括風(fēng)洞主體結(jié)構(gòu)、相關(guān)配套設(shè)備、必要操作空間及必要隔音處理。（隔音墻體需求可是設(shè)計(jì)中提出）

圖 3現(xiàn)有廠房預(yù)留空間

l                      風(fēng)洞為閉口回流風(fēng)洞；

l                      風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸：寬1600m×高2000mm×長3000mm（迎風(fēng)面積為3.2m2，對(duì)于0.35m2的半身人臺(tái)，阻塞比可達(dá)0.35/3.2=10.9%）

l                      空風(fēng)洞流場指標(biāo)如下（@40m/s）：

流速均勻性：1%

動(dòng)壓穩(wěn)定性：0.01

湍流度：0.5%

氣流偏角：0.5°

l                      試驗(yàn)段氣流速度大40m/s，風(fēng)速可以調(diào)節(jié)；

l                      被測(cè)樣品大迎風(fēng)面積0.35m2（阻塞比為10%的情況下）；

l                      穩(wěn)定風(fēng)速±0.1m/s；

l                      該風(fēng)洞考慮溫度對(duì)氣流粘性的影響，測(cè)量溫度時(shí)間與測(cè)量測(cè)力同步存儲(chǔ)，便于對(duì)數(shù)據(jù)的修正；

l                      風(fēng)洞具備轉(zhuǎn)盤及模型支撐，便于后續(xù)的試驗(yàn)測(cè)量；.

l                      具備三分量天平；

4                      主要子系統(tǒng)配置

1.                      試驗(yàn)段：

閉口試驗(yàn)段形式。

2.                      測(cè)控系統(tǒng)：

（1）                      高精度三分量（或單分量）應(yīng)變天平（建議使用盒式天平）：

安裝在試驗(yàn)段下方轉(zhuǎn)盤空腔內(nèi)，用于精確測(cè)量服裝帶來的阻力和升力等。

（2）                      壓力掃描系統(tǒng)（客戶自備）：

在人臺(tái)表面布置多個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，測(cè)量表面壓力分布，從而可以用測(cè)壓積分的方法測(cè)量模型的形阻或者摩擦阻力。

（3）                      數(shù)據(jù)采集與處理軟件：

集成化控制平臺(tái)，實(shí)時(shí)顯示、記錄和處理力、壓力、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并自動(dòng)計(jì)算阻力系數(shù)。

3.                      流場可視化（客戶自備）：

預(yù)留接口，支持煙絲發(fā)生器、氦氣泡發(fā)生器或PIV激光測(cè)速系統(tǒng)。

5                      場地布局

為可能增加試驗(yàn)段的截面積，本風(fēng)洞布局盡可能利用廠房的全部有效空間，試驗(yàn)段北側(cè)預(yù)留大門，操作人員進(jìn)入大門后可方便的觀察實(shí)驗(yàn)段，試驗(yàn)段設(shè)置觀察窗，方便試驗(yàn)人員觀察測(cè)試情況，觀察窗口應(yīng)具有良好的透光性和密封性。操作人員可通過貫穿于試驗(yàn)段的兩個(gè)人員進(jìn)出門到達(dá)風(fēng)洞回型區(qū)中心，控制臺(tái)布置于該位置。風(fēng)洞的西側(cè)預(yù)留另外的大門，可通過設(shè)備/儀器間。布局圖如下圖所示。

圖 4風(fēng)洞總體布局

6                      技術(shù)方案

風(fēng)洞采用回流布置，風(fēng)洞總長為21m，軸線高度為1.8m,大高度3.8m占地寬度為7000mm。滿足現(xiàn)有場地占地面積寬8.979m，長25.152m、凈高高度4 m的限制條件，風(fēng)洞試驗(yàn)段采用閉口形式，尺寸為寬1600m×高2000mm×長3000mm，收縮段擬采用采用經(jīng)過CFD優(yōu)化的雙三次線型面，確保氣流平穩(wěn)、均勻地加速，避免分離，收縮比為4.1，保證試驗(yàn)段流場品質(zhì)。動(dòng)力段直徑為2200mm，長4500mm，內(nèi)有整流罩，葉片8片，電機(jī)為132kW變頻電機(jī)，電壓為380V。穩(wěn)定段內(nèi)有整流裝置，為測(cè)試提供穩(wěn)定、均勻的來流，基礎(chǔ)湍流度控制在0.4% 。

圖 5總體氣動(dòng)方案圖

風(fēng)洞廠房整體預(yù)留用電容量為AC380V，200kVA。

7                      項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)概算及工期（30天有效）

表 1項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)概算表

    本項(xiàng)目工期需要6個(gè)月。

注：

1.本報(bào)價(jià)為國內(nèi)市場制造與集成的估算價(jià)格，主要部件（如電機(jī)、變頻器、傳感器）采用好品牌，機(jī)械結(jié)構(gòu)國內(nèi)精密加工。

2.本報(bào)價(jià)不包括廠房基建改造費(fèi)用，如：地基、電力增容（需200kVA獨(dú)立供電）、空調(diào)、改通道大門、墻體隔音處理等

3. 不包括PIV、煙霧發(fā)生器等流場可視化設(shè)備

4.本報(bào)價(jià)有效期為30天，材料及人工費(fèi)按實(shí)際會(huì)發(fā)生浮動(dòng)。

低速風(fēng)洞試驗(yàn)平臺(tái)初步方案