水洞

水动力学实验的一种设备，可用来研究边界层、尾流、湍流、空化、水弹性等现象，以及水流与试验物体之间的作用力。水洞是一个流速和压力可以分别控制的水循环系统。水洞的试验段截面有圆形的、方形的，也有矩形的。水洞的上、下、前、后都有观察窗。同拖曳水池正好相反，在水洞中移动的不是试验物体，而是可控水流(见彩图)。水洞的运转性能类似亚声速风洞，只是试验介质不同。最早的水洞是英国C.A.帕森斯于1896年建造的。

中国船舶科学研究中心的水洞(直径0.8米)

结构  水洞的结构如图所示。在试验段前有一个提高水流速度和平顺水流的收缩段。收缩段的首部装有整流用的蜂窝器。下部装有使水流循环的水泵，那里的压强大，可以避免泵发生空化；水泵的驱动电机可以调速，以调节洞中水的流速。

水洞有压力调节系统。水洞上游顶部的密闭箱中有自由水面，水面上有空气，与真空泵连接。抽出空气时，可以降低试验段中的压强，也可以增加试验段中的压强。水洞有去气系统，以减少水中的空气含量；水通过管路进入去气塔，去气后回到水洞。水洞的过滤系统使水保持清洁。水洞的控制系统调控水流速度和压力，并且调控测试系统和数据处理系统等。

水洞可以是非循环的，即利用有一定水位高度的水库或水箱，放水流入管道的试验段做试验。这类水洞称为自由落体式，缺点是水速变动幅度受到限制；优点是水洞的背景噪声很小，湍流度低，适于做噪声试验和流态显示试验。

水洞还可做成带有自由液面的，其试验段的截面为矩形。这种水洞可以做物体位于自由面附近的模拟试验。有的国家把这种水洞做得相当大，可用来做船体和螺旋桨组合体的试验。目前世界上最大的水洞在联邦德国柏林水工和造船研究所。它有自由液面；试验段截面5米×3米，长10米;洞中心高10.5米；最大水速12米／秒。

制造高速水流(例如进行空蚀和空化机理研究时水速要大于40米／秒)需要很大的功率，所以高速水洞的试验段截面都很小，直径为30～40毫米。这种循环水洞有人称为文丘里环。

试验水工坝、闸门等建筑物的减压箱也是一种循环管道，其试验段为箱形。

试验水泵、水轮机等水力机械用的水洞，其试验段大多为直立式，以适于装设翼轮模型。这类水洞，通常称为空化试验台。

试验  在进行空化试验时，试验段中会产生成群的气泡。为了防止这些气泡经过循环再流入试验段，水洞必须有一定的高度，以使气泡流过较长的回路和较高的压力区而消除掉；也可以安装专门的溶器，把气泡重溶于水中。

有的物体处于其他物体的尾流中，例如螺旋桨处于船后的尾流中，可以在收缩段前部装设专用的网格，模拟尾流。近年来还在试验段中安置船尾模型，产生尾流。

进行螺旋桨试验，要在试验段的上游或下游装一根与洞体外部电动机相联的轴，在试验段内的轴端上安装螺旋桨模型。可以在洞体外部的轴上安装力矩仪、推力仪和转速仪，也可以在试验段内安装压力传感器、天平以及空化的声学观测仪器，测量定常压力、脉动压力、各种力和力矩并确定空化起始条件和各种发展形态等。

参考书目 J.W.Holl，ed.，Symposium on Cavitation ResearchFacilities and Techniques， American Society of Mechanical Engineers，New York，1964.