[發明專利]一種實現湍流度量化控制的被動型旋轉粗糙元及使用方法

在審

• 申請號: 201610067520.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105675247A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 林坤;劉紅軍;黃勤;胡紅斌;徐蕾
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 韓英杰

本發明提供了一種實現湍流度量化控制的被動型旋轉粗糙元，包括，支座和頂部部件，支座和頂部部件分別通過旋轉軸垂直連接，其中，旋轉軸上均勻設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，在支座內部，設置一個夾子，用來控制風扇葉片旋轉的轉速，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，轉軸受到較大摩擦力，使的風扇葉片旋轉速度變慢；當夾子松開時，轉軸不受摩擦力，風扇葉片可以自由轉動，從而，準確測定湍流度。

技術領域

本發明屬于風工程領域，特別涉及一種實現湍流度量化控制的被動型旋轉粗糙元及使用方法。

背景技術

風洞試驗是風工程領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。

目前，大氣邊界層的風洞模擬對于建筑物的風荷載，大氣污染質擴散以及一些環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剪切層，并將少量動能轉化為湍流的脈動能，從而實現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。

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成了湍流渦發生器，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，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100×100×100mm的立方體，有序的排列在試驗段前方。

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粗糙元高度的無級調節。

CN204882029U公開了一種大比例和高湍流的風場布置結構。它包括在洞體地面橫向間隔均勻布置的數個豎向尖劈；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盤之間設有數排粗糙元，粗糙元為三種不同大小的正方體，根據試驗要求進行大小、稀密不同的粗糙元布置變換；在轉盤中心垂直上方設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邊上；所述三維脈動風速儀與數據采集系統連接。

已有技術普遍存在以下問題：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。

發明內容

鑒于現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種實現湍流度量化控制的被動型旋轉粗糙元及使用方法，將粗糙元做成類似風扇的形式，可以轉動。將其固定在特制的支座上，通過風扇桿與支座的構造，保證其只能沿指定的方向轉動，相鄰兩排粗糙元的轉動方向相反。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。

具體地，本發明通過以下技術方案實現：