一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，包括，支座和頂部部件，支座和頂部部件分別通過旋轉(zhuǎn)軸垂直連接，其中，旋轉(zhuǎn)軸上均勻設(shè)置三個彎曲的風扇葉片，風扇葉片的頂部與頂部部件連接，風扇葉片的頂部和支座留有間隙，在支座內(nèi)部，設(shè)置一個夾子，用來控制風扇葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，夾子與旋緊盤連接，用一個帶有刻度的旋緊盤來衡量夾子夾的有多緊。以及使用方法，包括，當夾子夾緊時，轉(zhuǎn)軸受到較大摩擦力，使的風扇葉片旋轉(zhuǎn)速度變慢；當夾子松開時，轉(zhuǎn)軸不受摩擦力，風扇葉片可以自由轉(zhuǎn)動，從而，準確測定湍流度。
【專利說明】
一種増強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于風工程領(lǐng)域，特別涉及一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗 糙元。
【背景技術(shù)】
[0002] 風洞試驗是風工程領(lǐng)域中的主要研究手段，用大氣邊界層風洞的模擬實驗手段不 僅可以進行大氣湍流邊界層、湍流擴散、尾跡及物體受風阻力、動力響應等理論方面的研 究，而且可以進行大量的應用研究。
[0003] 目前，大氣邊界層的風洞模擬對于建筑物的風荷載，大氣污染質(zhì)擴散以及一些環(huán) 境科學甚至軍事項目等的研究具有極為重要的意義，其模擬方法也備受學者們的關(guān)注。在 已有的模擬方法中，可將其大致分為主動模擬方法和被動模擬方法兩種類型。被動模擬方 法的原理是利用特定裝置對風場進行不同程度的堵塞而使風場風速出現(xiàn)剪切層，并將少量 動能轉(zhuǎn)化為湍流的脈動能，從而實現(xiàn)對大氣邊界層的模擬。在被動模擬方法中，最常采用的 方法是旋渦發(fā)生器、擋板和粗糙元的組合。粗糙元主要運用于風洞實驗中近地面上如草地、 樹木、建筑物等，可以影響近地面風的湍流強度。
[0004] 粗糙元的作用是阻塞空氣流動，并因其邊界或表面的邊界層分離而構(gòu)成了湍流渦 發(fā)生器，由于粗糙元的尺度較小，所以它的作用局限在一定的高度之內(nèi)，但是由于實際的大 氣邊界層就是底部風速梯度大，底部湍流度大，而且由于模型的尺寸受到風洞阻塞率的限 制而不可能比例很大，所以風洞中底部風場的效果更為重要，粗糙元的作用不容小覷。一般 情況下，粗糙元的大小為100X 100X IOOmm的立方體，有序的排列在試驗段前方。
[0005] CN101377447A公開了一種旋出式風洞可變粗糙元裝置，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)。
[0006] CN204882029U公開了一種大比例和高湍流的風場布置結(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)置有三維脈動風速儀，三維脈動風速儀固定在升降儀的橫桿上，三維脈動風速儀的探 頭離地10cm，正對來流方向，升降儀布置在洞體的一側(cè)邊上;所述三維脈動風速儀與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)連接。
[0007] 已有技術(shù)普遍存在以下問題：1、粗糙元對近地面風的湍流強度影響不大。2、粗糙 元的大小、間距的改變對湍流強度的影響不大，不夠敏感。3、粗糙元模擬的底部湍流強度與 實際情況下的有一定差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種增強風洞試驗湍流度的被 動型旋轉(zhuǎn)粗糙元及使用方法，將粗糙元做成類似風扇的形式，可以轉(zhuǎn)動。將其固定在特制的 支座上，通過風扇桿與支座的構(gòu)造，保證其只能沿指定的方向轉(zhuǎn)動，相鄰兩排粗糙元的轉(zhuǎn)動 方向相反。這樣一來，既可以起到粗糙元的作用，又可以切割來流風，增加風的紊亂程度，從 而增大近地面湍流強度。
[0009] 具體地，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0010] -種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，包括，支座和頂部部件，支座和頂 部部件分別通過旋轉(zhuǎn)軸垂直連接，其中，旋轉(zhuǎn)軸上均勻設(shè)置三個彎曲的風扇葉片，風扇葉片 的頂部與頂部部件連接，風扇葉片的頂部和支座留有間隙，在支座內(nèi)部，設(shè)置一個夾子，夾 子與旋轉(zhuǎn)軸連接，用來控制風扇葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，夾子與旋緊盤連接，用一個帶有刻度的旋 緊盤來衡量夾子夾的有多緊。
[0011] 其中，優(yōu)選粗糙元高度和風扇葉片的高度比例優(yōu)選為10:7。
[0012] 更為具體優(yōu)選粗糙元高100mm，其中三個彎曲的風扇葉片的高度為70mm，底部支座 厚度為20mm，葉片與支座的間隙為10mm。
[0013] 上述優(yōu)選方案中，進一步優(yōu)選葉片邊緣離旋轉(zhuǎn)軸為40mm，旋轉(zhuǎn)軸直徑為20mm;支座 為一個直徑為IOOmm的圓柱體，頂部部件為一個直徑為IOOmm，厚度為5mm的圓形蓋板。
[0014] 上部風扇葉片的作用是旋轉(zhuǎn)切割來流風，增大風的紊亂程度;蓋板的作用是為了 防止風速過大產(chǎn)生的向上氣流破壞風剖面。
[0015] 上部旋轉(zhuǎn)軸及風扇葉片的材料為輕質(zhì)的PVC材料;下部支座為木質(zhì)或者金屬材料， 具有一定質(zhì)量使其可以固定在地面上。
[0016] 本實用新型的另一目的在于提供一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元 的使用方法，包括，當夾子夾緊時，轉(zhuǎn)軸受到較大摩擦力，使的風扇葉片旋轉(zhuǎn)速度變慢;當夾 子松開時，轉(zhuǎn)軸不受摩擦力，風扇葉片可以自由轉(zhuǎn)動。
[0017] 被測點優(yōu)選位于建筑物的下部，距地面100_，通過被測點的湍流度控制夾子夾緊 或者松開。
[0018] 為了得到測點的湍流強度，我們可以通過改變旋緊盤上的刻度（即旋轉(zhuǎn)軸受到的 摩擦力)大小來實現(xiàn)?？梢允孪韧ㄟ^實驗和計算得出每個刻度所對應的測點湍流強度，如下 表格所示：
[0019] 表1實驗參考數(shù)據(jù)

Luud」 上部η扇吖斤的作用是肫轉(zhuǎn)切割米mn，増入η的翕亂桎度；盍懨的作用是艿j 防止風速過大產(chǎn)生的向上氣流破壞風剖面。上部旋轉(zhuǎn)軸及風扇的材料為輕質(zhì)的PVC材料;下 部支座為木質(zhì)材料，具有一定質(zhì)量使其可以固定在地面上。夾子的材料為摩擦系數(shù)穩(wěn)定的 材料，其不會因使用過久而導致摩擦系數(shù)變小，如硅橡膠的材料。
[0022] 本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果，包括：
[0023] 1、可以限制風扇的旋轉(zhuǎn)方向，并使相鄰兩組的粗糙元的旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0024] 2、粗糙元的定向轉(zhuǎn)動和葉片對來流風的切割，可以增加來流下部湍流強度；
[0025] 3、可以通過調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，得到不同程度的下部湍流強度。
【附圖說明】
[0026]圖1粗糙元正視圖 [0027]圖2風扇葉片構(gòu)造示意圖 [0028] 圖3支座示意圖 [0029]圖4支座內(nèi)部示意圖 [0030]圖5支座內(nèi)部'夾子'結(jié)構(gòu) [0031]圖6粗糙元排列上視圖 [0032]圖7粗糙元排列立體圖
[0033] 圖8粗糙元和建筑物排列示意圖，其中被測點在建筑物的下部，主要有風速傳感器 和湍流度傳感器
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但實用新型的實施方 式不限于此。
[0035] 實施例1
[0036] 如圖1、2、3、4和5所示，一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，包括，支座 和頂部部件，支座和頂部部件分別通過旋轉(zhuǎn)軸垂直連接，其中，旋轉(zhuǎn)軸上均勻設(shè)置三個彎曲 的風扇葉片，風扇葉片的頂部與頂部部件連接，風扇葉片的頂部和支座留有間隙，在支座內(nèi) 部，設(shè)置一個夾子，夾子與旋轉(zhuǎn)軸連接，用來控制風扇葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，夾子與旋緊盤連接， 用一個帶有刻度的旋緊盤來衡量夾子夾的有多緊。
[0037] 粗糙元高100mm，其中三個彎曲的風扇葉片的高度為70mm，底部支座厚度為20mm， 葉片與支座的間隙為l〇mm。
[0038]上述優(yōu)選方案中，進一步優(yōu)選葉片邊緣離旋轉(zhuǎn)軸為40mm，旋轉(zhuǎn)軸直徑為20mm;支座 為一個直徑為IOOmm的圓柱體，頂部部件為一個直徑為IOOmm，厚度為5mm的圓形蓋板。
[0039] 實施例2
[0040]如圖6、7和8所示，其中，實施例1的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元 依次排列。
[0041 ] 實施例3
[0042]如圖6、7和8所示，其中，實施例1的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元 依次排列，位于建筑物下部。
[0043] 被測點位于圖8右側(cè)建筑物的下部，距地面100mm，通過被測點的湍流度控制夾子 夾緊或者松開。
[0044] 為了得到測點的湍流強度，我們可以通過改變旋緊盤上的刻度（即旋轉(zhuǎn)軸受到的 摩擦力)大小來實現(xiàn)。可以事先通過實驗和計算得出每個刻度所對應的測點湍流強度，如下 表格所示：
[0045] 表1實驗參考數(shù)據(jù)
[0047] 當夾子夾緊時，轉(zhuǎn)軸受到較大摩擦力，使的風扇葉片旋轉(zhuǎn)速度變慢；當夾子松開 時，轉(zhuǎn)軸不受摩擦力，風扇葉片可以自由轉(zhuǎn)動。
[0048] 總結(jié)：可以通過前述主動型旋轉(zhuǎn)粗糙元調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，得到不同程度的建筑物 下部湍流強度。
[0049] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所做的進一步詳細的說明，但 是不表示本實用新型的具體實施是局限于這些說明。對于本實用新型所屬拘束領(lǐng)的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或是替換，都應 視為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于，包括，支座和頂部部 件，支座和頂部部件分別通過旋轉(zhuǎn)軸垂直連接，其中，旋轉(zhuǎn)軸上均勻設(shè)置三個彎曲的風扇葉 片，風扇葉片的頂部與頂部部件連接，風扇葉片的頂部和支座留有間隙，在支座內(nèi)部，設(shè)置 一個夾子，用來控制風扇葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，夾子與旋緊盤連接，用一個帶有刻度的旋緊盤來 衡量夾子夾的有多緊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 優(yōu)選粗糙元高度和風扇葉片的高度比例優(yōu)選為10:7。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 粗糙元高100mm，其中三個彎曲的風扇葉片的高度為70mm，底部支座厚度為20mm，葉片與支 座的間隙為l〇mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 葉片邊緣離旋轉(zhuǎn)軸為40mm，旋轉(zhuǎn)軸直徑為20mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 支座為一個直徑為IOOmm的圓柱體。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 頂部部件為一個直徑為100mm，厚度為5mm的圓形蓋板。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強風洞試驗湍流度的被動型旋轉(zhuǎn)粗糙元，其特征在于， 上部旋轉(zhuǎn)軸及風扇葉片的材料為輕質(zhì)的PVC材料;下部支座為木質(zhì)或金屬材料。
【文檔編號】G01M9/04GK205538149SQ201620097508
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】林坤, 劉紅軍, 黃勤, 胡紅斌, 徐蕾
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院