一種風洞試驗風速測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風洞試驗風速測試裝置，包括支撐穩(wěn)固機構和檢測機構，所述檢測機構包括豎向設置的殼體，殼體上豎向排列設置有多個沿迎風方向突出于殼體的進風探針，殼體內設置有和進風探針一一相連的引風管道，所述殼體包括中空結構的芯柱和可上下滑動地套設在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之間還設置有套筒定位機構，所述進風探針固定在套筒上，所述芯柱上對應進風探針位置豎向設置有一個供引風管道通過的通槽。本實用新型能夠方便調整移動，以實現(xiàn)多位置風速檢測，增加了風速檢測位置，提高了檢測樣本的豐富度，更加利于風洞風速特性的計算；同時還具有結構簡單，調節(jié)移動方便快捷，檢測結果可靠準確等優(yōu)點。
【專利說明】一種風洞試驗風速測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于風洞試驗的裝置，具體涉及一種風洞試驗多點同步脈動風速測試裝置。
【背景技術】
[0002]風荷載的大小對高層和超高層建筑影響較大，而且隨著建筑高度的增加，風荷載的控制性作用越來越大，因此在超高層建筑設計中考察風荷載的大小是一項極為重要的工作。對于一般場地情況下風荷載延高度的分布情況，已經(jīng)獲得了較為成熟的規(guī)律總結，并且在各國的設計規(guī)范中已有體現(xiàn)，我國的《建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-2012)》中也有關于風荷載高度變化系數(shù)的規(guī)定，反應了豎向變化規(guī)律。然而在一些特殊地形，例如復雜的山地中，其風荷載受復雜地形影響已與平地產(chǎn)生較大差別，不能直接運用規(guī)范規(guī)定方法進行荷載計算，而必須通過一些特殊方法獲得具體的風荷載豎向分布情況，風洞試驗就是其中常用的特殊方法。
[0003]目前，在風洞試驗中，使用最多的常規(guī)風速測試設備是熱線風速儀和風速管，用上述兩種風速測試設備進行山地風場測試時，只能通過在風洞中不斷改變設備位置，在不同時刻獲取不同位置的脈動風速時程數(shù)據(jù)。采用熱線風速儀或風速管獲得的脈動風速時程數(shù)據(jù)不是同步采集的，因而無法得到不同位置脈動風速的相關性特性。換句話說，用以上方法獲得的風速時程數(shù)據(jù)進行頻域計算時，只能得到每個點的自功率譜，而無法得到不同點之間的相干函數(shù)，因而無法得到不同點的互功率譜，直接影響廣義風荷載和結構風振響應的計算。換一個角度，在時域上解釋這個問題，進行時程分析時加載在高層建筑結構上的多個風荷載時程，加載的同步性或相位差是一個重要的荷載分布特性，對于結構響應的計算具有較大影響，風洞中不同點的脈動風速數(shù)據(jù)在不同時段采集，實際上相當于失去了同步性或相位差信息。
[0004]為了解決上述問題， 申請人:曾設計了一種風洞試驗多點同步脈動風速測試系統(tǒng)，并申請了專利號為201320614168.2的專利，該測試系統(tǒng)的結構，包括支撐穩(wěn)固機構和檢測機構，所述檢測機構包括殼體，殼體上設置有多個沿迎風方向突出于殼體的進風管，殼體上設置有和進風管一一相連的引風通道，所述引風通道遠離進風管的一端設置有用于測試風速的電子壓力掃描閥。該風洞試驗多點同步脈動風速測試系統(tǒng)能夠同時獲得較為精確的多個位置的同步脈動風速，為結構風振響應計算提供了更加充分的數(shù)據(jù)。但該系統(tǒng)的結構檢測機構為固定設置，不可移動，不可調整，無法實現(xiàn)更多不同位置的風速檢測。
實用新型內容
[0005]針對上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型要解決的技術問題是，怎樣提供一種結構簡單，能夠方便調整移動，以實現(xiàn)多位置風速檢測的風洞試驗風速測試裝置。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型中采用了如下的技術方案。
[0007]一種風洞試驗風速測試裝置，包括支撐穩(wěn)固機構和檢測機構，所述檢測機構包括豎向設置的殼體，殼體上豎向排列設置有多個沿迎風方向突出于殼體的進風探針，殼體內設置有和進風探針一一相連的引風管道，所述引風管道遠離進風探針的一端設置有用于測試風速的電子壓力掃描閥；其特征在于，所述殼體包括中空結構的芯柱和可上下滑動地套設在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之間還設置有套筒定位機構，所述進風探針固定在套筒上，所述芯柱上對應進風探針位置豎向設置有一個供引風管道通過的通槽。
[0008]本發(fā)明中，將殼體設計為滑動配合的芯柱和套筒兩個構件，探針設置在套筒上，這樣，可以靠套筒在芯柱上的滑動，方便快捷地調整探針在同一垂直平面的高度位置。能夠快速調整以實現(xiàn)不同高度位置的風力檢測。這樣，本裝置不僅僅可以實現(xiàn)多點風速同步檢測，而且采用簡單的結構實現(xiàn)了探針位置的移動調整，增加了風速檢測位置，提高了檢測樣本的豐富度，更加利于風洞風速特性的計算。
[0009]作為優(yōu)化，所述套筒定位機構包括設置豎向設置在芯柱上的至少一排連接孔，還包括能夠穿過套筒并插入固定到連接孔內的固定件。
[0010]這樣，具有固定結構簡單，固定快速可靠方便且最大程度降低對風流干涉的效果。
[0011]作為優(yōu)化，所述支撐穩(wěn)固機構，包括位于風洞頂部順風洞延伸方向平行設置的三條導軌，還包括設置于芯柱上方的四根撐桿，四根撐桿上端分別沿前后和左右方向斜向延伸設置并可滑動地配合掛接在三條導軌上，所述電子壓力掃描閥設置于芯柱上端。進一步地，芯柱上端端部也可以是滑動配合掛接在中間導軌上。
[0012]這樣優(yōu)化后，可以靠撐桿在導軌上的滑動，改變位置，實現(xiàn)不同位置，不同垂直平面的風速檢測，進一步提高了檢測樣本的豐富度，更加利于風洞風速特性的計算。另外，采用四根支撐桿和三條導軌實現(xiàn)連接，能夠保證掛接支承的穩(wěn)定性。
[0013]作為優(yōu)化，所述殼體中，芯柱和套筒均為順風流方向的兩側為對稱的流線形且迎風端和背風端為流線閉合端的結構。
[0014]這樣可以最大程度，降低殼體對風場的干涉，確保檢測結構準確可靠。
[0015]本裝置使用時，為了知道每根探針距離山地地面的距離，準確定義風荷載沿高度的分布特征，探針等間距布置，每根探針距離山地地面的位置可以由套筒底部第一根探針距地面高度、探針間距共同確定。某探針距離山地地面的距離h =探針距離套筒底部第一根探針的絕對距離hi+第一根探針尖部到山地地面的相對距離h2。探針距離套筒底部第一根探針的絕對距離hi可依據(jù)探針間距獲取，第一根探針尖部到山地地面的相對距離h2可以采用測距鉛垂軟尺測得。
[0016]綜上所述，本實用新型能夠方便調整移動，以實現(xiàn)多位置風速檢測，增加了風速檢測位置，提高了檢測樣本的豐富度，更加利于風洞風速特性的計算；同時還具有結構簡單，調節(jié)移動方便快捷，檢測結果可靠準確等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結構示意簡圖。
[0018]圖2為圖1的側視圖。
[0019]圖3為圖2中殼體部分俯視方向的結構示意簡圖。
【具體實施方式】[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0021]如圖1-圖3所示，一種風洞試驗風速測試裝置，包括支撐穩(wěn)固機構和檢測機構，所述檢測機構包括豎向設置的殼體，殼體上豎向排列設置有多個沿迎風方向突出于殼體的進風探針1，殼體內設置有和進風探針I(yè) 一一相連的引風管道2，所述引風管道2遠離進風探針I(yè)的一端設置有用于測試風速的電子壓力掃描閥(電子壓力掃描閥圖中未顯示)；其中所述殼體包括中空結構的芯柱3和可上下滑動地套設在芯柱3上的套筒4，套筒4和芯柱3之間還設置有套筒定位機構，所述進風探針I(yè)固定在套筒4上，所述芯柱3上對應進風探針I(yè)位置豎向設置有一個供引風管道2通過的通槽。具體實施時軟管采用膠管得到。圖中標號8為山體模型。
[0022]其中所述套筒定位機構包括設置豎向設置在芯柱上的至少一排連接孔5，還包括能夠穿過套筒4并插入固定到連接孔5內的固定件。具體實施時，固定件采用固定銷得到。
[0023]其中，所述支撐穩(wěn)固機構，包括位于風洞頂部順風洞延伸方向平行設置的三條導軌6，還包括設置于芯柱3上方的四根撐桿7，四根撐桿7上端分別沿前后和左右方向斜向延伸設置并可滑動地配合掛接在三條導軌6上，所述電子壓力掃描閥設置于芯柱3上端。進一步地，芯柱上端端部也可以是滑動配合掛接在中間導軌上。
[0024]所述殼體中，芯柱3和套筒4均為順風流方向的兩側為對稱的流線形且迎風端和背風端為流線閉合端的結構。
[0025]更加具體地說，具體實施時本裝置可以由套筒、芯柱、探針、軟質膠管、撐桿、軌道、掃描閥數(shù)據(jù)采集裝置、測距鉛垂軟尺等幾部分組成。其中:
[0026]( I)套筒
[0027]套筒為流線形狀，其具體尺寸可根據(jù)風洞大小和風洞試驗模型大小而靈活改變，用輕質高強的鋁合金材料可減小質量而減少裝置自身的振動。通常根據(jù)風洞尺寸的阻塞度要求確定山體模型，若風洞高度為H，則建議山體高度為0.1H，山體模型的縮尺比例為k，則套筒高度為550*k (單位為米)，以滿足地面以上550米高度范圍內的風速能同步監(jiān)測。
[0028]套筒內部為空心，內壁兩側焊上隔板以利于在芯柱和套筒之間形成空隙，從而使軟質膠管彎曲時有足夠大的彎曲半徑，保證在工作狀態(tài)中，膠管內部傳遞空氣壓力的截面形狀不發(fā)生改變。
[0029]安裝不銹鋼針管處根據(jù)針管外徑鉆孔，且焊接牢固。
[0030]為了避免干擾風場，銷釘孔布置在套筒的兩側面靠后側的位置。為避免安裝銷釘后銷釘突出影響套筒的流線形外觀，套筒的銷釘開孔處向內凹陷使安裝銷釘后套筒仍然保持流線形。
[0031]套筒的作用:形成流線形狀以減小風場干擾、固定不銹鋼探針和軟質膠管，可上下移動以改變探針的高度，顯示不銹鋼探針距離套筒底端的距離。
[0032](2)探針
[0033]探針采用不銹鋼針管，使之具有足夠的剛度，減少自身振動。不銹鋼針管外徑建議采用廣2_，其伸出套筒的長度建議為套筒順風向尺寸的1/5?1/4。不銹鋼針管伸入套筒的長度不宜過短，建議不小于伸出套筒長度的1/2，且與套筒之間焊接，以保證可靠固定。第一根探針布置在套筒的底部，第一根探針的位置為套筒上零刻度位置。
[0034]探針的作用:伸出套筒形成的風場干擾區(qū)域獲得所需要位置的風速，并以足夠的剛度保證所得脈動風速的準確性。
[0035](3)軟質膠管
[0036]軟質膠管尺寸根據(jù)不銹鋼針管外徑確定，以膠管與針管之間能夠順利套入且保持密閉為宜。軟質膠管壁厚不宜太小，且彎曲時應具有足夠大的彎曲半徑。通過將膠管固定在套筒和與芯柱內，可保證膠管在壓力傳遞時截面形狀不變，自身不發(fā)生振動以確定風壓在傳遞過程中不發(fā)生改變。
[0037]軟質膠管的作用:將探針端口位置的風壓傳遞到掃描閥中。
[0038](4)鉛垂軟尺
[0039]鉛垂軟尺由三角錐形鉛垂和帶刻度的小軟尺組成，三角錐形鉛垂固定在小軟尺下端，小軟尺上端可以固定在套筒下端，或者是單獨獨立的一個構件，小軟尺采用PVC塑料和玻璃纖維制成，寬度為5mm，兩面均有刻度，刻度單位精確到毫米，刻度的起點為三角錐鉛垂的頂點處。利用三角錐自身的重量使得上部軟尺在測距時保持豎直水平狀態(tài)。
[0040]鉛垂軟尺的作用:當套筒在芯柱上固定后，測量套筒底部第一根探針尖部到山地地面的相對距離h2。
[0041](5)芯柱
[0042]芯柱與套筒采用同樣的流線形外觀。為保證芯柱與套筒之間可以有效的連接固定。芯柱大小以所有軟質膠管能順利穿入穿出，保證膠管在壓力傳遞時截面形狀不變，自身不發(fā)生振動為宜。芯柱上端面焊接一個固定端頭，以便于固定到頂部的中間軌道上，且能前后自由滑動。芯柱的兩側面上布置銷釘孔，以便于套筒能可靠固定，準確定位。芯柱內部中空，前面中部靠近底端位置開孔，上端側面靠近上端處某位置開孔，孔徑大小以所有軟質膠管能順利穿入穿出為宜。套筒連接的軟質膠管從前端孔穿入芯柱，可以從芯柱頂端后側面孔穿出導入掃描閥數(shù)據(jù)采集裝置，采集裝置可以為電子壓力掃描閥。掃描閥數(shù)據(jù)采集裝置可以連接在芯柱的上端或者設置在芯柱內部。
[0043]芯柱的作用:可靠固定套筒、軟質膠管以及掃描閥數(shù)據(jù)采集裝置，使套筒可以自由變換測速位置。
[0044](6)撐桿
[0045]芯柱的前、后、左、右四個方向各布置一根撐桿，以便可靠固定懸掛的芯柱。撐桿上端部連接在軌道上，前、后兩個方向的撐桿同芯柱一樣，連接在中間軌道上；左、右兩個方向的撐桿分別連接在兩側的軌道。四根撐桿與芯柱保持同步滑動，依據(jù)滑動的方向焊接合適的接頭以利于在軌道上能自由滑動，實時固定。撐桿下部焊接在芯柱上，撐桿與芯柱的夾角為30°?60°，與芯柱的連接點選在當套筒底部第一根探針位于山體頂部時，套筒頂端剛好與撐桿下部連接點保持Icm為宜。
[0046]撐桿的作用:支撐芯柱，使芯柱在測速過程中保持穩(wěn)定。
[0047](7)軌道
[0048]在風洞頂部沿風洞延伸方向布置三根鐵質軌道，芯柱頂端、前后撐桿連接在中間軌道上；兩側軌道用于連接左、右兩根撐桿。軌道為外置軌道，因為芯柱上部1/3區(qū)域不是風速采集區(qū)域，所以此處軌道外置對風場的影響可忽略。軌道內部的凹槽與芯柱及撐桿的連接接頭吻合，使芯柱和撐桿能在軌道內沿風洞延伸方向自由滑動。當需要固定芯柱時，采用5小塊吸鐵石固定芯柱和四根撐桿，使其不能滑動。[0049]軌道的作用:連接固定芯柱，芯柱可沿軌道自由滑動且能可靠固定。
[0050]掃描閥數(shù)據(jù)采集裝置不屬于本專利的核心內容，對其結構組成不在此詳述。
[0051]本裝置的工作原理為:套筒懸掛固定于芯柱上，可沿芯柱上下自由移動；套筒上的探針等間距布置和鉛垂軟尺能準確定位每一根探針針尖的位置；芯柱固定在頂部軌道上，可沿軌道前后移動，實時固定；多根探針同時獲取來流風壓，通過探針、膠管傳遞，最終到掃描閥中同步采集脈動風壓數(shù)據(jù)，進而轉換為脈動風速數(shù)據(jù)。
[0052]本裝置的效果與作用包括:通過一系列的裝置細節(jié)設計，使得測速儀能在復雜的山地地形中自由移動，連接和固定更加便利，拓寬了測速范圍，同步準確獲得不同位置的脈動風速時程，可直接用于建筑結構的風致響應計算。
[0053]本裝置能實現(xiàn)測試設備在復雜的山地地形中自由移動，可靠固定；每根測速探針的位置可自由變換、準確定位；能足夠精確的獲得山地中多個位置的同步脈動風速。
【權利要求】
1.一種風洞試驗風速測試裝置，包括支撐穩(wěn)固機構和檢測機構，所述檢測機構包括豎向設置的殼體，殼體上豎向排列設置有多個沿迎風方向突出于殼體的進風探針，殼體內設置有和進風探針一一相連的引風管道，所述引風管道遠離進風探針的一端設置有用于測試風速的電子壓力掃描閥；其特征在于，所述殼體包括中空結構的芯柱和可上下滑動地套設在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之間還設置有套筒定位機構，所述進風探針固定在套筒上，所述芯柱上對應進風探針位置豎向設置有一個供引風管道通過的通槽。
2.如權利要求1所述的風洞試驗風速測試裝置，其特征在于，所述套筒定位機構包括設置豎向設置在芯柱上的至少一排連接孔，還包括能夠穿過套筒并插入固定到連接孔內的固定件。
3.如權利要求1所述的風洞試驗風速測試裝置，其特征在于，所述支撐穩(wěn)固機構，包括位于風洞頂部順風洞延伸方向平行設置的三條導軌，還包括設置于芯柱上方的四根撐桿，四根撐桿上端分別沿前后和左右方向斜向延伸設置并可滑動地配合掛接在三條導軌上，所述電子壓力掃描閥設置于芯柱上端。
4.如權利要求1所述的風洞試驗風速測試裝置，其特征在于，所述殼體中，芯柱和套筒均為順風流方向的兩側為對稱的流線形且迎風端和背風端為流線閉合端的結構。
【文檔編號】G01M9/06GK203772516SQ201420178516
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2014年4月14日
【發(fā)明者】孫毅, 萬虹宇, 黃漢杰 申請人:重慶科技學院