甘肅最大的環境風洞實驗室。每日甘肅網記者 韋德佔/攝
每日甘肅網記者王佔東/文 韋德佔/圖
10月，蘭州理工大學甲子山上、宜海湖畔的樹葉紅了。
在這層林盡染、喜慶豐收的季節裡，甘肅最大的環境風洞實驗室在蘭州理工大學建成啟用。
風洞實驗室是啥？
蘭州理工大學甲子山上的樹葉紅了。
這個讓許多人感覺陌生的事物，在蘭州理工大學流體機械學科帶頭人、蘭州理工大學副校長李仁年看來，可是一個了不起、有內涵和大用處的實驗平臺。
「颱風面前，如何讓高樓大廈、巨型橋梁保持在安全範圍內的擺動？樓宇密集的大型社區，怎麼設計才能讓空氣流動得更利於人們的健康？你開的小汽車怎麼設計才能跑得既快又安全還更省油？風力發電機的三葉輪怎麼設計才能轉得更快更安全？成千上百乃至上萬的風電機場要怎麼布置風機的間距才能讓風電場更安全更充沛地攔風發電……從裝備製造到風能利用再到讓風趨利避害等等，都是從風洞實驗室得到科學數據而指導生產的。」說起風洞實驗室的價值，李仁年給記者舉出了一連串的案例。
聽著李仁年的話，記者想起了北宋文學家蘇軾在《赤壁賦》裡描述和期待：「縱一葦之所如，凌萬頃之茫然。浩浩乎如馮虛御風，而不知其所止；飄飄乎如遺世獨立，羽化而登仙。」
往事近千年。
蘭州理工大學副校長李仁年。
如今，在現代化風洞實驗室的支撐下，知風、用風、憑需御風已經從文學家筆下的想像變為服務經濟社會發展的鮮活現實。
蘭州理工大學風洞實驗室的啟用，也是蘭州理工大學改革開放以來，尤其是近15年來，從風電研究起步，以開放進取、不懈奮鬥、與時俱進的精神，用勤勞、勇敢、智慧書寫出了一件件、一樁樁問風、知風、用風、御風的科技故事。
自此，甘肅省有了最大、西北地區有了第二大的環境風洞實驗室。
十裡春風不如「你」，讓風更懂人的心
學生們穿行於試驗場一個個巨型設備裡。
蘭州理工大學能源與動力工程學院副院長李德順向記者介紹風洞實驗室設備工作原理。
10月15日下午，記者來到位於蘭州理工大學的風洞實驗室。
在寬敞明亮的試驗場，蘭州理工大學能源與動力工程學院副院長李德順正和學生們穿行於一個個巨型設備裡，師生們在一個個洞體、驅動系統和測量控制系統前，或觀測著設備、或記錄著數據、或進行著討論，一場關於風的試驗教學正在這個忙碌的城市裡進行。
風洞，漫步在這個實驗室裡，讓第一次外來參觀者不再感到陌生，這的確是一個個風洞，是人為設定的、可以自行控制的風洞。記者快速搜索「風洞」詞條，得到了進一步更準確的驗證：「風洞，是能人工產生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，並可量度氣流對物體的作用以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具。」
在一個綠色的由鋼鐵焊接的長橢圓形的風洞洞口前，李德順告訴記者，這是一個長1.1米、直徑0.7米的實驗風洞，專業名詞叫回流低速風洞，它是一個小型的能吹回流風的試驗風洞，實驗物放在風洞中接受每秒3到40米風速的風力實驗，由於風速相對較低、風的湍流度小，可以做風力發電機機組設計的實驗。
回流低速風洞。
說到這裡，李德順給記者舉了一個例子。
風力發電機機組，包括三葉輪就可以在這樣的環境裡做設計參數的實驗。具體操作就是，將一個風力發電機組按照比例尺製作一個小的縮尺模型，然後將其放在這個風洞裡，連接上可測量、傳輸數據的終端設備上，人為設定驅動系統對其吹風，在不同風速的吹動下，控制系統可以觀測、記錄到其表面承受風力、壓力的一系列相關數據，這些數據通過科研人員的再處理，可以得出在一定風力環境中的風力發電機組各部件設計的技術參數，成為風力發電機組設計、製造的科學數據。
戈壁風力發電。(資料圖)
在一處巨大的「U」型試驗風洞前，李德順向記者說：「這是為高樓、巨型塔、橋梁、風電場布局等大物體、大工程進行風洞試驗的設備。它分為兩個試驗段，一個試驗段長8米、高1.1米、寬1.2米、設計風速每秒3—60米，第二個試驗段長12米、高2米、寬2米、設計風速每秒1—20米、風的湍流度小於1%。」
U型邊界層風洞。
風洞實驗室內的設備。
「它可以模擬不同的大氣邊界層環境，因為風從地面向高空有著不同風速和切變層，一般就是風越向上風力就越大，這樣把需要實驗的物體放在這樣的環境下，可測到不同高度、不同大氣邊界層、風力切變層建築物體各部分受到的風力，進而測出每一部分的風力荷載和振動數據，為建築的安全設計提供科技支撐。」一邊介紹，李德順帶記者來到該風洞一段透明玻璃前，他指著風洞中一個超20釐米高的巨型蒸餾塔的縮尺模型說，這就是為巨型塔體做風洞試驗的環境，你看這個塔體從底部到高空，環繞塔身分布著等距均勻的孔帶，全身有190多個孔，專業上叫測壓孔，每個孔都連著一個引壓管，引壓管可將每個孔在不同風速環境下的壓力參數通過與之相連的電子掃描閥傳輸到終端觀測設備上，通過統計分析得出評估結論，提出保障安全性能的指導性設計意見和科學數據。
記者查閱有關資料了解到，風洞的大量出現是在20世紀中葉。到目前為止，世界上已經擁有低速、高速、超高速以及激波、電弧等風洞。
風洞是空氣動力學研究和試驗中最廣泛使用的工具。風洞廣泛用於研究空氣動力學的基本規律，以驗證和發展有關理論，並直接為各種飛行器的研製服務，通過風洞實驗來確定飛行器的氣動布局和評估其氣動性能。現代飛行器的設計對風洞的依賴性很大。
因為風洞的控制性佳，可重複性高，現今風洞廣泛用於汽車空氣動力學和風工程的測試。譬如結構物的風力荷載和振動、建築物通風、空氣汙染、風力發電、環境風場、複雜地形中的流況、防風設施的功效等。這些問題皆可以利用幾何相似的原理，將地形、地物以縮尺模型放置於風洞中，再以儀器量測模型所受之風力或風速。一些研究也指出，風洞實驗的結果與現地風場的觀測的結果相近，因此風洞實驗是研究許多風工程問題最常用的方法。
在這個建築面積900平米的風洞實驗室裡，擁有最大風速30m/s的0.6×0.6m直流低湍流度風洞、最大風速20m/s的2×2mU型邊界層風洞和最大風速40m/s的0.7m回流低速風洞各一座，是蘭州理工大學集科研和教學於一體的綜合實驗室。
直流低湍流度風洞。
改革開放40年，蘭州理工大學向風科學前沿進發
走出蘭州理工大學風洞實驗室，記者在一棟茂然林木掩映下的辦公樓裡見到了蘭州理工大學能源與動力工程學院83歲的老教授程兆雪。
這是一間保留著水泥地坪、手開式單層玻璃的老辦公室。他正坐在一張靠著資料櫃的斑駁的木桌前看書。走到程教授面前，這是一位頭髮花白、戴著老花鏡、聽力也有些不太靈敏的老人。見到記者到來，老人家笑呵呵地起身打著招呼。起身的瞬間，只見面前的這位老教授，上身一件淺藍色的牛仔褂，腳上穿著一雙普通的黑膠靴，給人一種特別樸素的景象。尤其是他坐的那把凳子，扶手上的膠套已經破損，露出了裡面的海綿。
蘭州理工大學能源與動力工程學院83歲的老教授程兆雪正在閱讀外文文獻。
此時，一旁的工作人員要讓他往靠近門口、光線更亮的一個椅子上座，程兆雪說：「我就坐我坐的這個椅子，你別看舊了，我做著舒服，學校幾次要給我換新的，我不要，這個椅子適合我。」
記者從採訪中了解到，改革開放初的上世紀80年代，程兆雪作為訪問學者赴國外學習交流，回國後他在學校率先搞起了風力發電的研究。截止目前，他從事流體力學研究近50年、風力機空氣動力學研究30餘年。蘭州理工大學風能利用、風工程方向的研究工作就由他這裡發軔。如今，他有著全國優秀教師、國家一級冰球運動員等稱號，堅持每天閱讀英文、俄文原著，為學報審閱論文，偶爾參與一些課題的相關會議。
作為蘭州理工大學流體機械學科帶頭人，李仁年告訴記者，蘭州理工大學的風能科學研究起源於水利機械專業，而水利機械專業可以追溯到1955年在哈工大創建的我國第一個水利機械專業。
當時，哈工大一邊聯合世界行業專家培養學生讀研究生，一邊從研究生應屆畢業生中抽調力量創建水利機械專業，培養了我國第一批水利機械專業的專家。1961年，哈工大水利機械專業搬到齊齊哈爾成立東北重型機械學院。1965年為支援三線建設，東北重型機械學院水利機械、化工機械等專業全建制遷至甘肅工業大學（後更名蘭州理工大學），大力研發水泵、閥門、水利發電設備等，並建立了相關專業學科。從學科歷史的演變上看，水利機械專業是蘭州理工大學歷史最悠久、實力最強的專業之一。
改革開放以後，至20世紀80年代初，甘肅工業大學推進部分教師與國外相關高校進行交流，到國外學習，進一步提升相關專業的學術和研發實力。1983年，當時甘肅工業大學水利機械專業的老師程兆雪從國外做訪問學者回來後，把風力發電作為了自己新的研究方向，蘭州理工大學風力發電專業基礎由此開始。
彼時，風電不是我國電網中的主力能源，只是為了解決邊緣山區村戶的用電，做一些小型風力發電機，風力發電沒有大的發展，沒有納入國家主力電網。一直到2004年，蘭州理工大學得到了流體物理學家、中科院院士胡文瑞的支持，開始組建風力發電學科團隊。胡文瑞提出，從全球能源供應形勢看，大功率風力發電將迎來機遇，作為清潔能源和可再生能源風，力發電將成為電力的重要補充。
很快，在胡文瑞的幫助下，蘭州理工大學與我國空氣動力學領域的研究所、實力強的高校建立聯繫，開展學術交流互動。2005年，全國第一屆風力機空氣動力學學術會議在蘭州理工大學召開，集合了全國空氣動力學的專家。通過那次會議後，在胡文瑞的提倡下，蘭州理工大學聯合其他相關科研機構和高校拿到第一個國家973計劃項目，後來參與了相應的863計劃，還承擔、完成了國家機械工業部、國家農牧漁業部、國家自然科學基金等項目。
2007年蘭州理工大學一邊培養風能利用、風工程方向的師資力量，一邊創辦了當時教育部高校專業目錄外的專業——風能與動力工程專業。在此之前，在教育部教育體系裡，沒有風能專業，風能利用、風工程研究的是相關專業的人，蘭州理工大學主要培養風能專業的研究生。後來教育部對專業目錄進行調整，現在叫新能源科學與工程專業。
李仁年介紹，在風能利用、風工程研究上，蘭州理工大學先是科研，再創辦這個專業。2007年以來，風能專業的本科生、研究生規模逐步擴大，培養了一批青年教師。當時，在胡文瑞的建議下，甘肅省批覆建立了甘肅省風力機工程技術研究中心，建議甘肅要大力發展風力發電，國家第一個千萬千瓦級風力發電基地在酒泉建設。
與此同時，蘭州理工大學開始研究風洞實驗裝備，建立計算機工作站，做一些基礎實驗室。在這個節點上，胡文瑞聯繫到北京大學湍流與複雜系統國家重點實驗室尋找支持。2008年北京大學工學院因一些學科設置調整，把一些小的低速風洞實驗設備遷至蘭州理工大學。蘭州理工大學把能用的用上，不能用的重新改造使用。
2008年，蘭州理工大學在甘肅景泰縣建設了國內第一個風力機外場實驗基地。安裝了測風塔、實驗風力發電機組、尾流測風塔和一批測控儀器儀表，建成了測控室。為甘肅省和國內同行開展研究奠定了良好的基礎，得到了科技部和同行好評。多年來，蘭州理工大學在風力發電領域和風洞試驗上一直在加強研究，做了大量基礎理論工作。
2017年，北京大學環境風洞設備也面臨搬遷，在胡文瑞的積極協調和原北京大學湍流與複雜系統國家重點實驗室主任魏慶鼎的支持下，2018年北京大學大環境風洞設備也搬遷至蘭州理工大學。與10年前搬遷至蘭州理工大學的小的低速風洞實驗設備的應用一樣，蘭州理工大學根據自身需求，對這些設備的控制、動力、監測系統進行改造，把學校原有的設備配套上來，研究領域擴大。
10年來，在北京大學工學院分別於2008年、2018年搬遷相關設備至蘭州理工大學的基礎上，蘭州理工大學累計投資近千萬元，配備512通道壓力掃描閥、熱線風速儀、PIV測速系統、高速攝像機、PDA等多套現代化高科技測試設備，可開展複雜大氣湍流邊界層模擬、翼型氣動性能實驗、風力機流場特性研究、風力機氣動特性研究以及風電場布局研究、大尺度建築物載荷及流場特性研究、列車空氣動力學研究等多項風能、風工程相關實驗。實驗室立足西北，面向全國，為開展風力機、風工程研發創造了良好的硬體條件，將為我國風能利用、風工程技術應用等提供可靠的技術支持。
李仁年介紹，在胡文瑞院士的傾心幫助下，學校成立了甘肅省風力機工程技術研究中心，建立了風力機數值計算實驗室、風洞實驗室，並在甘肅省景泰縣建立了國內第一個風力機外場綜合實驗平臺。形成了以胡文瑞院士為帶頭人，由長江學者等科研人員組成的風能、風工程研究團隊。目前團隊共有40餘人，主要致力於風電機組研發、風力機空氣動力學、風電場、結構抗風、結構振動控制、結構健康監測、城市風場等方向的研究，先後承擔國家973、863、國家自然科學基金等科研項目60餘項，相關成果獲得甘肅省科技進步二等獎1項。成功申報了教育部目錄外本科專業——風能與動力工程（現新能源科學與工程），形成了本、碩、博一體的人才培養體系，為甘肅省乃至全國的風電行業培養和輸送了大量專業人才。
2018年10月12日上午，蘭州理工大學風洞實驗室建成啟用。
李仁年介紹，蘭州理工大學舉行這一儀式，一方面要感謝胡文瑞院士、北京大學工學院、原北京大學湍流與複雜系統國家重點實驗室主任魏慶鼎等專家和各方面的大力支持，另一方面也讓社會進一步了解蘭州理工大學在這一方面的科研力量，更好地服務社會。
風洞實驗室離我們的生產生活很近
學生們在驅動系統和測量控制系統前，記錄著數據、進行著討論。
風洞實驗室裡，一名學生正在做試驗。
李仁年介紹，截至目前，風洞研究的民用發展在甘肅還比較少，在此之前只有蘭州大學有一個研究風沙的風洞實驗室。目前在工程環境方面，風洞試驗的發展，在西北地區，除西安外，蘭州理工大學的風洞試驗室就是最大的了。
風洞實驗室的應用領域非常廣泛，大到風能、風工程的建設，小到我們開的小汽車和居住的小區樓房建設，無不凝聚著風洞實驗的科技保障。
比如，現在的樓房越建越高，受風載荷的影響很大，在大風、颱風面前，樓房安全的抵禦能力和擺動幅度如何控制？該如何設計、建設？這些都是設計的重要內容，而這些技術設計的參考數據從哪裡來？從高樓風洞實驗裡來。
不僅是高層樓房，各類高的塔、煙囪、大尺度的橋梁、工業上的換熱器、飛機上的兩個翅膀、汽車的流線、高鐵的防風降噪、沙塵暴緩衝設施的建設等等，風的載荷力都很大，設計不好，就容易造成安全隱患，都需要進行風洞實驗，以得出設計依據。
在大西北，強沙塵暴可以逼停或掀翻行駛中的火車，那麼，在沙塵暴的發生區域如何建設緩衝設施來降低對交通和環境的影響？也可以對相應設施的建設進行風洞實驗，以得出相應建設的數據支撐。
隨著風洞實驗技術的積累，不僅可以為一個風電機組和風機設備製造提供技術支撐，還可以為上百、上千颱風電機組成的大的風電場的布局提供科學合理的技術支撐。當一颱風機的性能知道之後，這個發電機怎麼分布？行與列怎麼分布？前後左右如何分布？如何讓風電機合理的布局空間，既保障安全又使得發電機最大效率的攔風發電？可以通過風洞實驗得出布局的科學參數。
李仁年介紹，目前，在東南沿海，一些高校的風洞實驗室設備、技術和市場應用程度都取得了驕人成績，有些高校的風洞實驗服務經濟社會發展的項目、企業達到了排隊等候的情況。
為風能利用、風工程建設提供來自甘肅的專業化定製化服務
蘭州理工大學風洞實驗室建成啟用儀式現場。
10月12日，在蘭州理工大學風洞實驗室建成啟用儀式後的風工程發展座談會上，與會專家就蘭州理工大學風洞實驗室利用、甘肅風工程發展提出了真知灼見。
胡文瑞院士指出，15年來，蘭州理工大學開始致力於風力發電的相關研究，得到了甘肅省各級領導和部門的高度重視。第一個千萬千瓦級風力發電基地落戶酒泉，甘肅省風力資源開發和風能利用加快推進，相關領域的研究取得了很大進展。此次建成的蘭州理工大學風洞實驗室是全省最大的、應用於風工程研究的環境風洞，希望學校立足西部，找準特色，多方聯合，在風工程領域做出更深層次、更高水平的研究成果，為風能利用創造更為有力的條件。
北京大學教授、原北京大學湍流與複雜系統國家重點實驗室主任魏慶鼎在介紹了蘭州理工大學風洞實驗室由北京遷建而來的過程後表示，建成的蘭州理工大學風洞實驗室可以充分滿足風工程研究領域內絕大多數的實驗要求，希望蘭州理工大學搶抓機遇，在科研人員培養、實驗室利用、科學研究等方面，多做工作，多出成果。
蘭州理工大學校長芮執元表示，蘭州理工大學要儘快啟動相關研究人員培養、實驗室利用等方面的工作，聯合省內相關高校、科研院所，在風工程研究領域內做出西部的特色和亮點，為西部、甘肅的風能事業發展做出更大貢獻。
李仁年在接受記者採訪時介紹，蘭州理工大學風洞實驗室將逐步拓寬產學研領域，包括人才培養、條件創造、設施配備、風洞科普及市場認知提升等方面，在原有風力發電基礎，將在風工程上拓展，為社會提供寬領域、專業化、定製化的科技服務。