نفق الرياح

عرض عالم الرياضيات والفيزياء الإنجليزي إسحاق نيوتن (1642-1726) نموذجاً أولياً لنفق الرياح الحديث في القضية 36/37 من كتابه Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

اخترع المهندس العسكري والرياضي الإنجليزي بنيامين روبنز (1707 - 1751) جهاز ذراع دوار لتحديد السحب ^{[ 5 ]} وأجرى بعضًا من التجارب الأولى في الديناميكا الهوائية.

استخدم السير جورج كايلي (1773-1857) أيضًا ذراعًا دوارًا لقياس مقاومة الهواء ورفعه لمختلف الأجنحة. ^{[ 6 ]} كان طول ذراعه الدوار 5 أقدام (1.5 متر) ووصلت سرعته إلى ما بين 10 و20 قدمًا في الثانية (3 إلى 6 أمتار في الثانية).  

استخدم أوتو ليلينتال ذراعًا دوارًا لإجراء قياسات على أجنحة الطائرات ذات زوايا الهجوم المختلفة ، ووضع مخططات قطبية لنسبة الرفع إلى السحب ، لكنه كان يفتقر إلى مفاهيم السحب المستحث وأرقام رينولدز . ^{[ 7 ]}

من عيوب اختبارات الذراع الدوارة أنها لا تُنتج تدفق هواء موثوقًا. كما أن قوى الطرد المركزي وحركة الجسم في أثره الذاتي تجعل الفحص الدقيق لتدفق الهواء أمرًا صعبًا. وقد عالج فرانسيس هربرت وينهام (1824-1908)، عضو مجلس الجمعية الجوية البريطانية ، هذه المشكلات باختراع وتصميم وتشغيل أول نفق هوائي مغلق عام 1871. ^{[ 8 ] [ 9 ]} وبمجرد تحقيق هذا الإنجاز، تم استخلاص بيانات تقنية مفصلة بسرعة باستخدام هذه الأداة. ويُنسب إلى وينهام وزميله جون براوننج العديد من الاكتشافات الأساسية، بما في ذلك قياس نسب الطول إلى القطر، والكشف عن الفوائد المترتبة على نسبة العرض إلى الطول العالية .

قام كونستانتين تسيولكوفسكي ببناء نفق هوائي مفتوح المقطع مزود بمنفاخ طرد مركزي في عام 1897، وحدد معاملات السحب للألواح المسطحة والأسطوانات والكرات.

استخدم المخترع الدنماركي بول لا كور أنفاق الرياح لتطوير توربينات الرياح في أوائل تسعينيات القرن التاسع عشر. كما استخدم كارل ريكارد نيبرغ نفق الرياح لتصميم طائرته فلوغان بدءًا من عام 1897.

أثبت الإنجليزي أوزبورن رينولدز (1842-1912) من جامعة مانشستر أن نمط تدفق الهواء فوق نموذج مصغر سيكون مماثلاً لنمط تدفق الهواء فوق المركبة بالحجم الطبيعي إذا كانت قيمة أحد معايير التدفق ثابتة في الحالتين. يُعرف هذا المعيار الآن باسم عدد رينولدز ، ويُستخدم في وصف جميع حالات تدفق الموائع، بما في ذلك شكل أنماط التدفق، وكفاءة انتقال الحرارة، وبداية الاضطراب. ويُشكل هذا الأساس العلمي الرئيسي لاستخدام النماذج في أنفاق الرياح لمحاكاة الظواهر الواقعية.

كان استخدام الأخوين رايت لنفق هوائي بسيط عام 1901 لدراسة تأثيرات تدفق الهواء على أشكال مختلفة أثناء تطوير طائرتهما "رايت فلاير" بمثابة ثورة من بعض النواحي. ^{[ 10 ]} ومع ذلك، فقد كانا يستخدمان التكنولوجيا المتعارف عليها آنذاك، على الرغم من أنها لم تكن شائعة الاستخدام في أمريكا بعد.

في فرنسا ، قام غوستاف إيفل (1832-1923) ببناء أول نفق هوائي مفتوح العودة في عام 1909، يعمل بمحرك كهربائي بقوة 67 حصان (50 كيلوواط) ، في ساحة شامب دي مارس، بالقرب من قاعدة البرج الذي يحمل اسمه.  

بين عامي 1909 و1912، أجرى إيفل حوالي 4000 اختبار في نفق الرياح الخاص به، ووضعت تجاربه المنهجية معايير جديدة لأبحاث الطيران. في عام 1912، نُقل مختبر إيفل إلى أوتوي، إحدى ضواحي باريس، حيث لا يزال نفق الرياح الخاص به، الذي يضم قسم اختبار بطول مترين ، يعمل حتى اليوم. ^{[ 11 ]} حسّن إيفل بشكل ملحوظ كفاءة نفق الرياح ذي العودة المفتوحة من خلال تغليف قسم الاختبار في حجرة، وتصميم مدخل متسع مزود بمقوم تدفق على شكل قرص العسل، وإضافة ناشر بين قسم الاختبار والمروحة الموجودة في الطرف السفلي للناشر؛ وقد اتبعت العديد من أنفاق الرياح التي بُنيت لاحقًا هذا التصميم؛ في الواقع، يُطلق على نفق الرياح ذي العودة المفتوحة منخفض السرعة غالبًا اسم نفق الرياح من نوع إيفل. 

وانتشر استخدام أنفاق الرياح لاحقاً مع ترسيخ علم الديناميكا الهوائية وتخصص هندسة الطيران وتطوير السفر الجوي والطاقة.

في عام 1916، أنشأت البحرية الأمريكية أحد أكبر أنفاق الرياح في العالم آنذاك في حوض بناء السفن التابع للبحرية في واشنطن . بلغ قطر مدخل النفق حوالي 3.4 متر ، بينما بلغ قطر مخرجه 2.1 متر . وكان محرك كهربائي بقوة 370 كيلوواط يدير شفرات المروحة من نوع المجداف. ^{[ 13 ]}    

في عام ١٩٣١، أنشأت اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) نفقًا هوائيًا بالحجم الطبيعي بأبعاد ٣٠ × ٦٠ قدمًا (٩.١ × ١٨.٣ مترًا) في مركز لانغلي للأبحاث في هامبتون، فرجينيا. كان النفق يعمل بمروحتين تُداران بمحركات كهربائية بقوة ٤٠٠٠ حصان (٣٠٠٠ كيلوواط) . صُمم النفق بنظام عودة مزدوجة وحلقة مغلقة، وكان يتسع للعديد من الطائرات الحقيقية بالحجم الطبيعي، بالإضافة إلى نماذج مصغرة. أُغلق النفق لاحقًا، وعلى الرغم من إعلانه معلمًا تاريخيًا وطنيًا في عام ١٩٩٥، إلا أن عملية هدمه بدأت في عام ٢٠١٠.   

حتى الحرب العالمية الثانية، كان أكبر نفق هوائي في العالم، الذي بُني بين عامي 1932 و1934، يقع في ضاحية شاليه-ميدون بباريس ، فرنسا. ^{[ 14 ]} صُمم لاختبار الطائرات كاملة الحجم، وكان مزودًا بست مراوح كبيرة تعمل بمحركات كهربائية عالية القدرة. ^{[ 15 ]} استخدمت الوكالة الوطنية لأبحاث الطيران والفضاء (ONERA) نفق شاليه-ميدون الهوائي تحت اسم S1Ch حتى عام 1976 في تطوير طائرات مثل كارافيل وكونكورد . واليوم ، يُحفظ هذا النفق الهوائي كمعلم وطني.

كان لودفيج براندتل أستاذًا لثيودور فون كارمان في جامعة غوتنغن ، واقترح بناء نفق هوائي لاختبار المناطيد التي كانا يصممانها. ^{[ 16 ] : 44} وقد تم اختبار دوامة الاضطراب أسفل أسطوانة في النفق. ^{[ 16 ] : 63} وعندما انتقل لاحقًا إلى جامعة آخن، تذكر استخدام هذا المرفق.

تذكرتُ أن نفق الرياح في غوتينغن أُنشئ كأداة لدراسة سلوك منطاد زبلين، لكنه أثبت جدواه في كل شيء آخر، بدءًا من تحديد اتجاه الدخان المتصاعد من مدخنة سفينة، وصولًا إلى تحديد ما إذا كانت طائرة معينة ستطير أم لا. شعرتُ أن التقدم في آخن سيكون شبه مستحيل بدون نفق رياح جيد. ^{[ 16 ] : 76}

عندما بدأ فون كارمان التشاور مع معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) ، عمل مع كلارك ميليكان وآرثر إل. كلاين. ^{[ 16 ] : 124} اعترض على تصميمهما وأصرّ على وجود تدفق عائد يجعل الجهاز "مستقلًا عن تقلبات الغلاف الجوي الخارجي". اكتمل بناؤه عام 1930 واستُخدم في اختبارات نورثروب ألفا . ^{[ 16 ] : 169}

في عام 1939، سأل الجنرال أرنولد عما هو مطلوب لتطوير سلاح الجو الأمريكي، فأجاب فون كارمان: "الخطوة الأولى هي بناء نفق الرياح المناسب". ^{[ 16 ] : 226} من ناحية أخرى، وبعد نجاحات طائرة بيل إكس-2 وتوقعات إجراء المزيد من الأبحاث المتقدمة، كتب: "كنتُ مؤيدًا لبناء مثل هذه الطائرة لأنني لم أؤمن قط بإمكانية الحصول على جميع الإجابات من نفق الرياح". ^{[ 16 ] : 302-303}

في عام 1941، شيدت الولايات المتحدة الأمريكية أحد أكبر أنفاق الرياح في ذلك الوقت في قاعدة رايت الجوية بمدينة دايتون، أوهايو. يبدأ قطر هذا النفق من 14 مترًا (45 قدمًا) ويضيق إلى 6.1 مترًا (20 قدمًا) . وكانت مروحتان بطول 12 مترًا (40 قدمًا) تُداران بواسطة محرك كهربائي بقوة 30,000 كيلوواط (40,000 حصان) . وقد أمكن اختبار نماذج طائرات كبيرة الحجم بسرعات جوية تصل إلى 640 كيلومترًا في الساعة (400 ميل في الساعة) . ^{[ 17 ]}       

خلال الحرب العالمية الثانية، طورت ألمانيا تصاميم مختلفة لأنفاق رياح ضخمة لتعزيز معرفتها في مجال الطيران. فعلى سبيل المثال، كان نفق الرياح في بينيمونده تصميمًا مبتكرًا سمح بإجراء أبحاث تدفق الهواء بسرعات عالية، ولكنه واجه تحديات تصميمية عديدة تتعلق ببناء نفق رياح عالي السرعة على نطاق واسع. ومع ذلك، فقد استُخدمت بنجاح بعض الكهوف الطبيعية الكبيرة التي تم توسيعها عن طريق الحفر ثم إغلاقها لتخزين كميات كبيرة من الهواء، والتي يمكن توجيهها بعد ذلك عبر أنفاق الرياح. وبحلول نهاية الحرب، امتلكت ألمانيا ثلاثة أنفاق رياح فوق صوتية على الأقل، أحدها قادر على توليد تدفقات هواء ساخنة بسرعة 4.4 ماخ.

كان من المقرر أن يضم نفق رياح ضخم قيد الإنشاء بالقرب من أوتزتال ، النمسا، مروحتين تعملان مباشرةً بواسطة توربينين هيدروليكيين بقوة 50,000 حصان (37,000 كيلوواط) . لم يكتمل تركيب النفق بنهاية الحرب، وشُحنت المعدات المفككة إلى مودان ، فرنسا عام 1946، حيث أُعيد تركيبها ولا تزال تُشغل هناك من قِبل الوكالة الوطنية لأبحاث الطيران والفضاء (ONERA ). يُعد هذا النفق، بقسم اختباره الذي يبلغ طوله 8 أمتار (26 قدمًا) وسرعته الهوائية التي تصل إلى ماخ 1، أكبر منشأة لنفق رياح فوق صوتي في العالم. ^{[ 18 ]} وقد أعدّ فرانك واتندورف تقريرًا عن هذا النفق استجابةً للحرب الأمريكية. ^{[ 19 ]}   

في 22 يونيو 1942، مولت شركة كورتيس-رايت بناء أحد أكبر أنفاق الرياح دون الصوتية في البلاد في بوفالو، نيويورك . وتم صب أول خرسانة للمبنى في 22 يونيو 1942 في موقع أصبح فيما بعد كالسبان ، حيث لا يزال نفق الرياح يعمل حتى اليوم. ^{[ 20 ]}

بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية، كانت الولايات المتحدة قد بنت ثمانية أنفاق هوائية جديدة، بما في ذلك أكبر نفق هوائي في العالم في موفيت فيلد بالقرب من ساني فيل، كاليفورنيا ، والذي صُمم لاختبار الطائرات كاملة الحجم بسرعات أقل من 250 ميلاً في الساعة (400 كم/ساعة) ^{[ 21 ]} ونفق هوائي رأسي في رايت فيلد، أوهايو، حيث يكون تيار الرياح متجهًا لأعلى لاختبار النماذج في حالات الدوران والمفاهيم والتصاميم الهندسية لأولى طائرات الهليكوبتر البدائية التي حلقت في الولايات المتحدة. ^{[ 22 ]}  

استخدمت الأبحاث اللاحقة التي تناولت تدفقات الهواء القريبة من سرعة الصوت أو التي تتجاوزها منهجًا مشابهًا. فقد استُخدمت حجرات ضغط معدنية لتخزين الهواء المضغوط، والذي تم تسريعه بعد ذلك عبر فوهة مصممة لتوفير تدفق فوق صوتي. ثم وُضعت حجرة المراقبة أو القياس ("قسم الاختبار") في الموقع المناسب في عنق الفوهة أو الفوهة لتحقيق سرعة الهواء المطلوبة.

في الولايات المتحدة، أدى القلق بشأن تخلف مرافق البحث الأمريكية مقارنةً بتلك التي بناها الألمان إلى إصدار قانون خطة نفق الرياح الموحد لعام 1949، الذي أجاز الإنفاق على بناء أنفاق رياح جديدة في الجامعات والمواقع الحكومية. وقد تم تفكيك بعض أنفاق الرياح الألمانية التي بُنيت خلال الحرب لشحنها إلى الولايات المتحدة كجزء من خطة استغلال التطورات التكنولوجية الألمانية. ^{[ 23 ]}

في الولايات المتحدة، تم إيقاف تشغيل العديد من أنفاق الرياح بين عامي 1990 و2010، بما في ذلك بعض المنشآت التاريخية. وتتعرض أنفاق الرياح المتبقية لضغوط متزايدة نتيجة انخفاض استخدامها أو عدم انتظامها، وارتفاع تكاليف الكهرباء، وفي بعض الحالات، ارتفاع قيمة العقارات التي تقع عليها. من جهة أخرى، لا يزال التحقق من صحة نماذج ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) يتطلب بيانات من أنفاق الرياح، ومن المرجح أن يستمر هذا الوضع في المستقبل المنظور. وقد أُجريت دراسات، ولا تزال أخرى جارية، لتقييم احتياجات أنفاق الرياح العسكرية والتجارية المستقبلية، لكن النتائج لا تزال غير مؤكدة. ^{[ 24 ]} ومؤخرًا، حلّ الاستخدام المتزايد للمركبات غير المأهولة المزودة بمحركات نفاثة وأجهزة قياس، أو طائرات البحث بدون طيار، محل بعض الاستخدامات التقليدية لأنفاق الرياح. ^{[ 25 ]} يُعد نفق الرياح LENS-X، الواقع في بوفالو، نيويورك، أسرع نفق رياح في العالم حتى عام 2019. ^{[ 26 ]}

يُثبّت النموذج على ميزان يقيس القوى والعزوم. تُقاس قوى الرفع والسحب والقوى الجانبية، بالإضافة إلى عزوم الانعراج والدوران والميلان، ضمن نطاق زاوية الهجوم . وتُنتج منحنيات شائعة مثل منحنى معامل الرفع مقابل زاوية الهجوم.

يجب تثبيت النموذج في مكانه، وتُحدث هذه الدعامات الخارجية مقاومةً واضطراباتٍ محتملةً تؤثر على القياسات. لذا، تُصمَّم هياكل الدعم بأصغر حجم ممكن وبشكل انسيابي لتقليل الاضطرابات.

• دخان
• حقن ثاني أكسيد الكربون
• يمكن تثبيت خصلات الهواء، أو الخصلات الصغيرة، أو مخاريط التدفق على نموذج، وتبقى مثبتة أثناء الاختبار. تُستخدم هذه الخصلات لقياس أنماط تدفق الهواء وانفصال التدفق . تُصنع الخصلات أحيانًا من مواد فلورية، وتُضاء بالأشعة فوق البنفسجية لتسهيل رؤيتها. كما تُستخدم الخصلات في الطائرات أثناء الطيران. خلال اختبارات الطيران للطائرة الصاروخية التجريبية "سبيس شيب ون"، تم تثبيت خصلات على سطح الأجنحة. لم تُجرَ أي اختبارات في نفق الرياح على الطائرة.
• المعلقات المتبخرة هي ببساطة خليط من نوع من المساحيق الناعمة، أو التلك، أو الطين، ممزوج بسائل ذي حرارة تبخر كامنة منخفضة. عند هبوب الرياح، يتبخر السائل بسرعة، تاركًا الطين في نمط مميز لتدفق الهواء.
• الزيت: عند وضع الزيت على سطح النموذج، فإنه يمكن أن يظهر بوضوح الانتقال من التدفق الصفائحي إلى التدفق المضطرب بالإضافة إلى انفصال التدفق.
• طلاء التمبرا: يشبه الطلاء الزيتي، ويمكن تطبيقه على سطح النموذج بوضع نقاط متباعدة في البداية. بعد تشغيل نفق الرياح، يمكن تحديد اتجاه التدفق والانفصال. ومن الاستراتيجيات الأخرى لاستخدام طلاء التمبرا استخدام الأشعة فوق البنفسجية لخلق نمط تدفق مضيء.
• يُصنع الضباب (عادةً من جزيئات الماء) باستخدام مرذاذ كهرضغطية فوق صوتية . يُنقل الضباب داخل نفق الرياح (ويُفضل أن يكون من النوع ذي الدائرة المغلقة وقسم الاختبار المغلق). تُوضع شبكة مُسخّنة كهربائيًا قبل قسم الاختبار، تعمل على تبخير جزيئات الماء في محيطها، مُشكّلةً بذلك طبقات من الضباب. تعمل طبقات الضباب كخطوط انسيابية فوق نموذج الاختبار عند إضاءتها بضوء ساطع.
• التسامي: إذا كانت حركة الهواء في النفق غير مضطربة بدرجة كافية، فإن تيار الجسيمات المنطلق في تدفق الهواء لن يتفتت أثناء حركته، بل سيبقى متماسكًا على شكل خط رفيع حاد. ويمكن لتيارات جسيمات متعددة منبعثة من شبكة فوهات عديدة أن توفر شكلًا ثلاثي الأبعاد ديناميكيًا لتدفق الهواء حول الجسم. وكما هو الحال مع توازن القوى، يجب تصميم أنابيب الحقن والفوهات هذه بطريقة تقلل من إدخال تدفق هواء مضطرب إلى مجرى الهواء.
• التسامي (تعريف بديل): تقنية تصوير التدفق هي تغطية النموذج بمادة قابلة للتسامي، حيث تبقى المادة ملتصقة بالنموذج عند تشغيل الرياح في المناطق ذات التدفق الصفائحي، بينما تتبخر في المناطق المضطربة. تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي للتحقق من أن نقاط التحفيز الموضوعة على الحافة الأمامية لفرض الانتقال تحقق الهدف المنشود بنجاح.

قد يكون من الصعب رؤية الاضطرابات والدوامات عالية السرعة بشكل مباشر، ولكن يمكن أن تساعد أضواء الوميض وكاميرات الأفلام أو الكاميرات الرقمية عالية السرعة في التقاط الأحداث التي تكون ضبابية للعين المجردة.

تُعدّ الكاميرات عالية السرعة ضرورية أيضاً عندما يتحرك الجسم المراد اختباره بسرعة عالية، مثل مروحة الطائرة. إذ تستطيع هذه الكاميرا التقاط صور بتقنية إيقاف الحركة تُظهر كيفية اختراق الشفرة لتدفقات الجسيمات وكيفية تكوّن الدوامات على طول الحواف الخلفية للشفرة المتحركة.

• الطلاء الحساس للضغط (PSP): يتم قياس ضغط الهواء على السطح باستخدام طبقات الطلاء التي تتفاعل مع تغيرات الضغط عن طريق تغيير اللون.
• قياس سرعة الصور الجزيئية (PIV) وقياس سرعة دوبلر الليزري : يتم قياس سرعة الهواء باستخدام الليزر.
• قياس تشوه النموذج (MDM): يقيس مقدار انحناء النموذج والتواءه. ^{[ 31 ]}

الفئات الفرعية الرئيسية في أنفاق الرياح المستخدمة في الطيران هي:

أنفاق ذات تدفق هواء رأسي

تحتوي أنفاق الرياح العمودية على قسم اختبار يتدفق فيه الهواء إلى الأعلى. وتُستخدم الصور الفوتوغرافية لتسجيل خصائص دوران نماذج الطائرات أثناء الطيران الحر. تُثبّت شبكات أعلى وأسفل قسم الاختبار لمنع النموذج من الارتفاع كثيرًا، ولإمساكه عند توقف تدفق الهواء. ^{[ 34 ]}

تنقسم أنفاق الرياح الخاصة بالسيارات إلى فئتين:

• تلك التي تُستخدم لتحديد معاملات الديناميكا الهوائية للمركبة،
• أنفاق مناخية تقيّم قابلية تشغيل المركبات في ظل مجموعة واسعة من الظروف البيئية المحاكاة بما في ذلك البرد الشديد والثلوج والحمل الشمسي والرطوبة.

بدأت اختبارات السيارات في أنفاق الرياح في عشرينيات القرن العشرين، ^{[ 35 ]} على سيارات مثل رومبلر تروبفنواجن وكرايسلر إيرفلو . في البداية، تم اختبار نماذج مصغرة، ثم بُنيت أنفاق رياح أكبر لاختبار سيارات بالحجم الطبيعي مع القدرة على قياس مقاومة الهواء، مما يُتيح إدخال تحسينات لتقليل استهلاك الوقود. بنى وونيبالد كام أول نفق رياح بالحجم الطبيعي للمركبات. ^{[ 36 ]}

تُستخدم هذه الأنفاق في دراسات الضوضاء الناتجة عن التدفق وكيفية قمعها.

يُستخدم نفق الرياح عالي المحتوى الحراري لدراسة تدفق الهواء حول الأجسام المتحركة بسرعات تفوق سرعة الصوت المحلية بكثير ( سرعات فوق صوتية ). المحتوى الحراري هو الطاقة الكلية لتيار الغاز، ويتكون من الطاقة الداخلية الناتجة عن درجة الحرارة، وحاصل ضرب الضغط والحجم، وسرعة التدفق. تتطلب محاكاة ظروف الطيران فوق الصوتي كميات كبيرة من الهواء الساخن عالي الضغط؛ وتُعدّ الخزانات الساخنة المضغوطة الكبيرة والأقواس الكهربائية من التقنيات المستخدمة في ذلك. ^{[ 37 ]}

تنطبق مبادئ الديناميكا الهوائية لنفق الرياح على المركبات المائية بنفس القدر، إلا أن الماء أكثر لزوجة، مما يُولّد قوى أكبر على الجسم قيد الاختبار. ويُستخدم عادةً قناة دائرية لاختبارات الديناميكا المائية تحت الماء. ونظرًا للتفاعل بين نوعين مختلفين من السوائل، فإن اختبارات نفق الرياح وحدها لا تُجدي نفعًا إلا جزئيًا. ومع ذلك، يُجرى نوع مماثل من الأبحاث في حوض سحب .

لا يُعدّ الهواء دائمًا أفضل وسط اختبار لدراسة مبادئ الديناميكا الهوائية على نطاق صغير، نظرًا لسرعة تدفق الهواء وحركة سطح الجناح . أُجريت دراسة على أجنحة ذبابة الفاكهة لفهم كيفية توليد الأجنحة للرفع، باستخدام خزان كبير من الزيت المعدني وأجنحة أكبر بمئة ضعف من حجمها الحقيقي، وذلك لإبطاء رفرفة الأجنحة وتسهيل رؤية وفهم الدوامات المتولدة عنها . ^{[ 38 ]}

تُستخدم اختبارات نفق الرياح لتحديد سرعات الرياح حول المباني والجسور، وقوى الرياح المؤثرة عليها. ^{[ 39 ]}

تُستخدم أنفاق الرياح البيئية لمحاكاة الطبقة الحدية للغلاف الجوي في ظروف الرياح القوية بالقرب من سطح الأرض. وتكون الرياح بالقرب من سطح الأرض شديدة الاضطراب. ^{[ 40 ]} في حين أن أنفاق الرياح الخاصة بالمركبات مزودة بميزات تُنتج هواءً ثابتًا ومستقيمًا يقترب من نموذج الاختبار، فإن الأنفاق البيئية تحتاج إلى أبراج متبوعة بمكعبات صغيرة على الأرض لتمثيل الهواء الطبقة الحدية للغلاف الجوي أثناء اقترابه من الجسم المراد اختباره. ^{[ 41 ]} يجب فهم القوى التي تُسببها الرياح على المباني الشاهقة والجسور حتى يُمكن بناؤها باستخدام الحد الأدنى من مواد البناء مع الحفاظ على سلامتها في ظل رياح عاتية. ومن التطبيقات المهمة الأخرى لنمذجة الطبقة الحدية في أنفاق الرياح فهم أنماط انتشار غازات العادم من المستشفيات والمختبرات وغيرها من مصادر الانبعاثات. ومن الأمثلة الأخرى على تطبيقات أنفاق الرياح في الطبقة الحدية تقييم راحة المشاة وتراكم الثلوج. وتُعتبر نمذجة أنفاق الرياح طريقةً مُعتمدةً للمساعدة في تصميم المباني الخضراء . على سبيل المثال، يمكن استخدام نمذجة نفق الرياح للطبقة الحدودية كمعيار للحصول على شهادة الريادة في تصميم الطاقة والبيئة (LEED) من خلال مجلس المباني الخضراء الأمريكي.