薛美美
我第一次走进北京交通大学结构风工程与城市风环境实验室，是在2018年9月3日，作為一名硕士一年级的新生，进入课题组开始未来三年的科研学习。实验室位于学校机械工程楼B1层，从机械楼正门进入，按照标志指引，下了楼梯，就是另一番天地。
北京交通大学结构风与城市风环境实验室
北京交通大学结构风工程与城市风环境实验室是国内功能最完备的风工程研究基地之一，主要应用于建筑结构和城市风环境领域。实验区域最主要的设备是5座不同类型的现代化风洞，分别是双试验段回流式风洞、直流式风洞、龙卷风模拟器、下击暴流模拟器及科普演示风洞。
说到风洞这一专业词汇，这里需要简单介绍一下。风洞是指一个按照一定要求设计的、具有动力装置的、用于各种气动力试验的可控气流管道系统。它可以模拟研究对象周围气体的流动情况，并可量度气流对研究对象的作用效果以及观察物理现象。通过动力设备人为制造出符合需求的风，就是风洞的功能。风洞的应用领域非常广泛，比如航空航天、汽车工业以及体育运动等。
有了能够产生风环境的设备，实验室还配备了先进的电子压力测量系统、控制系统和结构测振系统，能够进行测压、测力等试验，同学们可以使用这些设备仪器进行建筑物、桥梁测压和风环境试验，以及其他工业空气动力学试验。
风洞实验室的五座风洞示意图
3.实验室里那面荣誉墙4.布置完成后的模型现场图 5.实验室历史发展 6.正在连接扫描阀的试验团队成员
走进实验室，学生工作室有一面充满艺术气息的外墙，上面写着实验室的建成由来和历史发展：2010年双试验段回流式风洞成功启用，2011年风洞实验室落成投入运行，2013年被评为北京市重点实验室，同年完成实验室二期扩建，2015年直流风洞与PIV系统正式投入使用
我们的风洞实验室团队在李波教授等老师的带领下，承担了多个国家级项目。主持完成了包括2022年北京冬奥会延庆赛区国家雪车雪橇中心、国家高山滑雪中心、北京副中心绿心剧院、首博东馆、广州恒大足球场在内的数十项大型复杂的风工程咨询，研发了国内第一个冰雪项目风洞辅助训练系统，并且协助国家体育总局进行东京奥运会、北京冬奥会备战，目前已经完成了十余个国家集训队的风洞测试和多个赛场的风环境评估。其中就包括刚刚在东京奥运会上大展拳脚的中国游泳队张雨菲、杨浚？等著名运动员的测试。
2019年10月，我和团队的师兄师姐们一起开始了扬子江国际会议中心风工程咨询项目。前期的设计交接、模型测压点布置、模型公司对接;中期拿到试验模型后，制定相应试验方案，组织团队成员开展试验;后期通过系统分析，给出咨询报告。
利用风洞完成一项风工程咨询项目并不是一件容易的事情。前期需要规划设计好测压点的布置，然后进行风场布置。需要团队通力合作的插阀工作，是通过一个管道把模型测压点和扫描阀连接起来。对一般模型来说，其表面至少有近400多个测压孔洞，我们要一个一个把这些孔洞通过极细的管道连接起来。将模型和设备连接好后，还需要对模型进行固定，对风洞进行检查后，试验才能正式开始。
7.8.9.10.试验模型
冰雪项目风洞辅助训练测试模型
试验结束后，我们还需要通过计算给出全风向风压分布图和风振响应分析报告，为结构的抗风设计提供参考。
东京奥运毫无疑问成为了近期的网络热点，为国争光的奥运健儿在奥运会上书写了历史。众所周知，随着体育事业的不断发展，运动员们提高成绩越来越离不开科技的助力。现代竞技体育实际上是一个非常复杂的“人—机—环”系统工程，跟运动员的训练、装备、赛时环境都密切相关。而这些，都离不开风洞技术的身影。
为此，北京交通大学风洞实验室主动承担了国家重点研发计划“科技冬奥”课题，主要是对风洞应用于竞速类冰雪运动项目领域的探索研究。
根据相对运动的原理，风洞能够模拟运动员的高速运动状态，为运动员开展专项训练提供一个很好的模拟环境。并且，为了减小风的不利影响，合理利用风，还可利用风洞对运动员的姿态、队列进行优化、研发低风阻高性能运动装备、服装、器材，评估比赛场地赛时的风环境。
在李波教授的带领下，实验室团队研制出了具有自主知识产权、专门应用于冰雪项目风洞测试的高精度6分量测力台，在北京交通大学风洞实验室BJ-1号风洞建立了我国第一个冰雪项目风洞辅助训练系统。这套系统能够将风速、风阻力、姿态、重心位置、测试指令通过投影仪实时反馈给测试运动员，通过定量化的数据，进行运动姿态、队列优化。实验室团队还协助在二七国家冰雪运动科训基地建成了我国第一座体育综合风洞，目前该风洞也已经投入正常使用中，团队成员定期到科训基地进行技术指导，协助测试的进行。为协助高性能运动装备研发，还专门开发了运动装备风阻性能评测模块。目前，这套系统已经开展了国家自行车集训队（包括刚刚取得东京奥运会金牌的钟天使、鲍珊菊）、国家钢架雪车集训队的风洞测试。
北京2022年冬奥会延庆赛区位于小海坨山，包括国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心等。该赛区地形复杂、大风凛冽，抗风是该赛区基础设施、赛时临时设施建设的关键。李波教授带领我们采用实测与地形试验相结合的方法，对延庆赛区复杂山区风场特性进行了研究，确定了重要建筑结构抗风设计所需的风场参数，结合延庆赛区基础设施的形体及结构特征，提出了选取节段模型进行风洞试验等方法，助力延庆赛区基础设施、赛时临时设施建设。
不久前，在国家体育总局举行的冰雪项目2020？2021赛季表彰大会暨中国冰雪科学顾问等证书颁发仪式上，李波教授被授予了“中国冰雪科学家”荣誉称号。
12.双试验段回流风洞组成双试验段回流式闭口风洞2010年年底正式投入使用。双试验段指的是具有高速和低速两个试验段，回流式指的是风洞的整个管道首尾闭合，气流在风洞中循环回流，既节省能量又不受外界的干扰。整个风洞由动力段、扩散段、低速试验段、收缩段、高速试验段组成。其中动力段是风洞中气流的动力来源，扩散段的作用是把气流的动能转变为压力能，以减小风洞的功率损失，收缩段管道截面尺寸变小，使气流均匀加速，试验段是布置风场放置模型进行试验的部分。北京交通大学风洞实验室的双试验段回流式闭口风洞的低速试验段尺寸为5.2m×2.5m×14.0m（宽×高×长），高速试验段尺寸为3.0m×2.0m×15.0m（宽×高×长），最高可以提供的风速为30m/s。
13.直流式开口风洞直流式开口风洞，也就是风洞的整个管道开敞，气流从管道流出。该设备的试验段尺寸较小，为1.5m×1.2m×10m（宽×高×长），配备有高速摄像机。使用该设备主要是进行PIV（Particle Image Velocimetry）试验，该试验能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，可提供丰富的流场空间結构以及流动特性。
14.下击暴流模拟器及龙卷风模拟器实验室除了可以模拟常态风之外，还可以使用龙卷风模拟器和下击暴流模拟器，分别模拟龙卷风和下击暴流这两种劣态风环境。众所周知，龙卷风虽然并不常见，但是它破坏性强，强风速下其局部的气压差大，形成由下而上的漩涡状气流，因此可以将地面的物体卷起抛向空中，而横向风则可以吹倒大树，吹翻车辆，吹塌建筑物等，因此龙卷风所到之处房屋摧毁，树木折断。试验时，将模型放置在模拟器出风口下方，通过在模型表面布置测量装置，可以观测龙卷风对模型的影响。下击暴流同样是一种极端风，是一股在地面或地面附近引起辐射型灾害性大风的强烈下沉气流。如同它的名字一样，它是一股快速下冲地面的气流，也是一种灾害性天气。试验时，将模型固定在模拟器下方出风口，安装好测试设备后，开启模拟器，就可以模拟研究下击暴流对模型的影响了。
责任编辑：陈思
