一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為若干層，其中，各層均勻放置相同形狀的尖劈，從上到下分別放置的尖劈的面積及尺寸由大變小。具體實現(xiàn)思路為：利用隔板將風(fēng)洞整體流場分割成若干“局部流場”，通過調(diào)整各層平板的旋轉(zhuǎn)角度，平板的數(shù)量及各層平板末端尖劈的尺寸、間距、形狀等，實現(xiàn)對“局部流場”的量化控制。在對“局部流場”進行量化控制時：平板旋轉(zhuǎn)角度及尖劈形狀、尺寸的改變主要用于調(diào)控邊界層平均風(fēng)剖面，使湍流強度隨著高度的增加而減小，同時可以改善湍流強度隨著高度衰減過快的缺點。最終，使各“局部流場”相互協(xié)調(diào)，獲得實驗所需的流場品質(zhì)。
【專利說明】
一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于應(yīng)用于流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào) 的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在過去的三十年里，大氣邊界層風(fēng)洞的模擬已經(jīng)成為了研究風(fēng)對建筑結(jié)構(gòu)的作用 力及建筑周圍風(fēng)環(huán)境等風(fēng)工程問題的基本工具。由于風(fēng)洞試驗?zāi)M出的來流風(fēng)的品質(zhì)高低 直接決定了實驗結(jié)果的正確與否，因而能否模擬出最接近于真實情況的大氣邊界層就變得 至關(guān)重要。
[0003] 當(dāng)前國內(nèi)外的學(xué)者對如何模擬出高品質(zhì)的來流風(fēng)做了大量的研究。目前主要有主 動模擬和被動模擬兩種方式。被動模擬主要由尖劈與粗糙元的組合裝置來產(chǎn)生我們需要的 流場。其中尖劈上窄下寬的結(jié)構(gòu)形式形成近似線性遞增的平均風(fēng)速剖面，粗糙元可以用來 調(diào)整由尖劈產(chǎn)生的平均風(fēng)速剖面。尖劈的渦發(fā)生器作用機制產(chǎn)生了絕大部分的脈動風(fēng)能 量，并且由于尖劈上窄下寬的形式使得產(chǎn)生的流場下部的湍流強度較上部的大，符合實際 的流場。主動模擬主要有振動翼柵、多風(fēng)扇風(fēng)洞等。
[0004] CN101377447A公開了一種旋出式風(fēng)洞可變粗糙元裝置，其包括:多個粗糙元、開孔 平板、下平板(或框架)和鉸鏈四個主要部件。其特征是:粗糙元形狀為四分之一圓柱段，該 粗糙元的一個直邊鉸接在開孔平板上，另一個直邊鉸接在置于開孔平板之下與之平行的下 平板(或框架)上;開孔平板與風(fēng)洞底板平齊固定安裝，下平板(或框架）向一個方向移動就 使粗糙元從開孔板的上表面旋出，通過改變下平板的移動量來改變粗糙元的旋出量，從而 改變整個開孔板的粗糙度，在風(fēng)洞中可形成各類模擬大氣邊界層的近地面氣流。該裝置可 以簡單快速地實現(xiàn)粗糙元高度的無級調(diào)節(jié)。
[0005] CN204882029U公開了一種大比例和高湍流的風(fēng)場布置結(jié)構(gòu)。它包括在洞體地面橫 向間隔均勻布置的數(shù)個豎向尖劈;在尖劈的底部固連有一塊鋸齒擋板，在尖劈的中上部固 連有另一塊橫向擋板;在尖劈與風(fēng)洞試驗段的轉(zhuǎn)盤之間設(shè)有數(shù)排粗糙元，粗糙元為三種不 同大小的正方體，根據(jù)試驗要求進行大小、稀密不同的粗糙元布置變換;在轉(zhuǎn)盤中心垂直上 方設(shè)置有三維脈動風(fēng)速儀，三維脈動風(fēng)速儀固定在升降儀的橫桿上，三維脈動風(fēng)速儀的探 頭離地10cm，正對來流方向，升降儀布置在洞體的一側(cè)邊上;所述三維脈動風(fēng)速儀與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)連接。
[0006] 已有技術(shù)普遍存在以下問題：
[0007] 1、主動模擬控制技術(shù)復(fù)雜，價格昂貴，限制了它們的推廣應(yīng)用。
[0008] 2、傳統(tǒng)的被動模擬方法湍流積分尺度隨著高度的增加而減小，與實際情況相反。
[0009] 3、三角形尖劈模擬的湍流強度隨著高度的增加衰減過快。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈 粗糙元組合系統(tǒng)，包括可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為若干層，優(yōu)選三層以上，特 別優(yōu)選為三層，其中，各層均勻放置多個相同形狀的尖劈，所述各層從上到下分別放置的尖 劈的面積或尺寸由大變小。
[0011] 通過可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板來調(diào)整每段高度的來流風(fēng)量從而得到一個大體的線 性變化的風(fēng)速剖面(在產(chǎn)生這樣一個下小上大的風(fēng)速剖面時不會引起較大的能量損失），在 各層的平板上放置尖劈進一步調(diào)整平均風(fēng)剖面。
[0012] 其中，優(yōu)選方案選擇，平板可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的角度優(yōu)選0度到10度，各層平板可繞 中心軸旋轉(zhuǎn)的角度相同或者不同。所述尖劈的形狀優(yōu)選包括三角形、梯形或異形等。
[0013] 尖劈采用可拉伸彈性材料制作，優(yōu)選直接固定在旋轉(zhuǎn)平板各層的末端。其中，湍流 強度及湍流積分尺度的調(diào)整，在每層平板上均可以放置尖劈，可以通過調(diào)整放置尖劈的截 面寬度和數(shù)量來調(diào)整對應(yīng)高度處的湍流強度及湍流積分尺度。
[0014] 更為優(yōu)選的方案是，所述尖劈為梯形，平板將風(fēng)洞分為三層，第一層、第二層和第 三層的梯形的斜角可根據(jù)高度需要調(diào)整，例如優(yōu)選60-90度。
[0015] 其中，優(yōu)選所述梯形的尖劈，從上到下的所述三層平板分別放置尖劈的個數(shù)逐漸 增多，例如優(yōu)選優(yōu)選為3，4和7個，可以更為準確的模擬測定湍流強度。
[0016] 本發(fā)明提供了一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括可繞 中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為若干層，其中，各層均勻放置相同形狀的尖劈，從上到 下分別放置的尖劈的面積及尺寸由大變小。其工作機理具體實現(xiàn)思路為：
[0017] 利用隔板將風(fēng)洞整體流場分割成若干"局部流場"，通過調(diào)整各層平板的旋轉(zhuǎn)角 度，平板的數(shù)量及各層平板末端尖劈的尺寸、間距、形狀等，實現(xiàn)對"局部流場"的量化控制。
[0018] 在對"局部流場"進行量化控制時:平板旋轉(zhuǎn)角度及尖劈形狀、尺寸的改變主要用 于調(diào)控邊界層平均風(fēng)剖面，使其滿足實驗要求。每層尖劈間距的改變，主要用于調(diào)控湍流強 度剖面，使湍流強度隨著高度的增加而減小，同時可以改善湍流強度隨著高度衰減過快的 缺點。
[0019] 最終采用合理設(shè)計，使各"局部流場"相互協(xié)調(diào)，獲得實驗所需的流場品質(zhì)。
[0020] 通過實驗可建立尖劈間距與湍流強度之間的定量關(guān)系，通過調(diào)整尖劈間距實現(xiàn)試 驗流場湍流強度的改變。鑒于從而使得我們所得到的湍流強度剖面不至于隨著高度的增加 而衰減過快。
[0021] 通過大量實驗，可以得到不同場地類型流場所對應(yīng)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)布置方 案，如表1所示。根據(jù)該方案，在模擬特定類型風(fēng)場（比如A類場地)時，通過簡單調(diào)試即可獲 得高品質(zhì)實驗流場。
[0022] 表1 一種優(yōu)選的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)布置方案如下A-D:
[0024] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果，包括：
[0025] 1、本發(fā)明在獲得理想的平均風(fēng)剖面的同時，可以非常通過簡單的調(diào)試獲得高品質(zhì) 的來流風(fēng)。
[0026] 2、通過調(diào)整每層放置尖劈的數(shù)量（即尖劈之間的間距)使得產(chǎn)生的來流風(fēng)湍流強 度隨著高度的增加而減小并且可以改善湍流強度隨著高度衰減過快的缺點。
【附圖說明】
[0027] 圖1，尖劈在可旋轉(zhuǎn)平板上的放置示意圖
[0028] 圖2，尖劈放置和建筑物位置示意圖
[0029] 圖3,梯形尖劈的尺寸示意圖
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但發(fā)明的實施方式不 限于此。
[0031] 實施例1
[0032] 如圖1和2所示，一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括可 繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為三層，其中，各層均勻放置相同形狀的尖劈，所述三 層從上到下分別放置的尖劈的面積或尺寸由大變小。
[0033] 通過可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板來調(diào)整每段高度的來流風(fēng)量從而得到一個大體的線 性變化的風(fēng)速剖面(在產(chǎn)生這樣一個下小上大的風(fēng)速剖面時不會引起較大的能量損失），在 每段高度的平板上放置尖劈進一步調(diào)整平均風(fēng)剖面。
[0034] 其中，優(yōu)選方案選擇，所述尖劈的形狀為三角形。尖劈采用可拉伸彈性材料制作， 優(yōu)選直接固定在旋轉(zhuǎn)平板各層的末端。
[0035] 實施例2
[0036] 如圖1和2、3所示，一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括 可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為三層，其中，各層均勻放置相同形狀的尖劈，所述 三層從上到下分別放置的尖劈的面積或尺寸由大變小。
[0037] 通過可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板來調(diào)整每段高度的來流風(fēng)量從而得到一個大體的線 性變化的風(fēng)速剖面(在產(chǎn)生這樣一個下小上大的風(fēng)速剖面時不會引起較大的能量損失），在 每段高度的平板上放置尖劈進一步調(diào)整平均風(fēng)剖面。
[0038] 其中，優(yōu)選方案選擇，所述尖劈為梯形。尖劈采用可拉伸彈性材料制作，優(yōu)選直接 固定在旋轉(zhuǎn)平板各層的末端。
[0039]如表1場地類別A方案，所述尖劈的梯形，從上到下的所述三層，第一層的梯形上邊 長*下邊長= 250*500mm，斜角為60度;第二層的梯形上邊長*下邊長= 200*400mm，斜角為60 度;第三層的梯形上邊長*下邊長=150*300mm，斜角為60度。
[0040]其中，優(yōu)選所述梯形的尖劈，從上到下的所述三層平板分別放置尖劈的個數(shù)優(yōu)選 為3,4和7個，可以更為準確的模擬測定湍流強度，可以更為準確的模擬湍流強度剖面和平 均風(fēng)剖面。
[0041 ] 實施例3
[0042] 如圖1和2、3所示，一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括 可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板，平板將風(fēng)洞分為三層，其中，各層均勻放置相同形狀的尖劈，所述 三層從上到下分別放置的尖劈的面積或尺寸由大變小。
[0043] 通過可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平板來調(diào)整每段高度的來流風(fēng)量從而得到一個大體的線 性變化的風(fēng)速剖面(在產(chǎn)生這樣一個下小上大的風(fēng)速剖面時不會引起較大的能量損失），在 每段高度的平板上放置尖劈進一步調(diào)整平均風(fēng)剖面。
[0044]其中，優(yōu)選方案選擇，所述尖劈為梯形。尖劈采用可拉伸彈性材料制作，優(yōu)選直接 固定在旋轉(zhuǎn)平板各層的末端。
[0045]如表1場地類別B方案，所述尖劈的梯形，從上到下的所述三層，第一層的梯形上邊 長*下邊長= 250*500mm，斜角為80度;第二層的梯形上邊長*下邊長= 250*400mm，斜角為80 度;第三層的梯形上邊長*下邊長=150*300mm，斜角為80度。
[0046]其中，優(yōu)選所述梯形的尖劈，從上到下的所述三層平板分別放置尖劈的個數(shù)優(yōu)選 為3,4和7個，可以更為準確的模擬測定湍流強度，可以更為準確的模擬湍流強度剖面和平 均風(fēng)剖面。
[0047] 建筑模型位置處于T點（即最終目的為在T點產(chǎn)生我們需要的最接近于實際情況的 來流風(fēng)場）。
[0048] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所做的進一步詳細的說明，但是不 表示本發(fā)明的具體實施是局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬拘束領(lǐng)的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或是替換，都應(yīng)視為屬于本發(fā)明 的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，包括可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的平 板，平板將風(fēng)洞分為若干層，優(yōu)選為三層，其中，各層均勻放置多個相同形狀的尖劈，所述各 層從上到下分別放置的尖劈的面積或尺寸由大變小。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種湍流、風(fēng)剖面的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其特征在于，所述 尖劈的形狀包括三角形、梯形或異形。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，尖劈采用可拉伸彈性材料，其高度隨著平板的旋轉(zhuǎn)角度改變而改變。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，優(yōu)選尖劈直接固定在旋轉(zhuǎn)平板各層的末端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，所述尖劈為梯形，下邊斜角可為60-90度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，平板可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的角度優(yōu)選0度到10度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，各層平板可繞中心軸旋的角度轉(zhuǎn)相同或者不同。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得實驗所需來流風(fēng)的可調(diào)的尖劈粗糙元組合系統(tǒng)，其 特征在于，所述梯形的尖劈，從上到下各層平板放置尖劈的個數(shù)逐漸增多。
【文檔編號】G01M9/04GK105890865SQ201610420680
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】林坤, 劉紅軍, 黃勤, 許攀, 徐蕾
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院