[發明專利]通過改變圓柱轉速來調節邊界層風洞試驗底部湍流度的裝置

有效

• 申請號: 201610178263.0
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105628332B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 林坤;劉紅軍;黃勤;王斌;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

技術領域

本發明應用于流體力學試驗技術領域，特別涉及通過改變圓柱轉速來調節邊界層風洞試驗底部湍流度的裝置及湍流度調控方法，可有效增加風場底部湍流度，從而提高風洞試驗結果的準確性。

背景技術

風洞試驗是當前對風敏感結構進行研究的主要手段之一。風洞試驗結果的準確度直接影響到對結構性能的準確把握。影響風洞試驗結果的因素有很多，其中風洞底部湍流強度是一個主要因素。當前對風洞底部湍流度的模擬不足造成了風洞試驗結果不夠精確，甚至會制約該試驗方法的普遍應用。當前主要采用布設尖劈以及粗糙元的技術來模擬風洞試驗中的大氣邊界層。

實際的大氣邊界層底部風速梯度大，風場較復雜，湍流度以及湍流積分尺度也較大，而當前布置粗糙元和尖劈的方法對于增大風場底部的湍流度效果非常有限，很難滿足實際試驗要求。

一方面，采用布設粗糙元的方法，對風場底部湍流度增強幅度不是很大，而且可調節性不強；另一方面，采用增大尖劈底部寬度的方式，雖然可以適當增強風場底部的湍流度，但由于風洞尺寸的限制，其效果非常有限。也有學者采用振動尖劈等主動模擬方式，但其控制難度大，成本較高，因此很難得到推廣。

CN103713153A公開了一種用于測量風洞試驗中結構表面風速的新型探頭，其特征在于：包括空心的圓筒殼體(3)、呈90度彎折的長取壓管(1)，所述圓筒殼體(3)上端及下端分別設置有封住其空心出口的圓形上端板(2)及下端板(4)，所述上端板(2)及下端板(4)中心均設置有中心孔，且所述上端板(2)邊緣沿上端板(2)的同心圓均勻的設置有采集孔(7)，所述圓筒殼體(3)下端緊貼設置有圓柱體(5)，所述圓筒殼體(3)側壁水平設置有直通圓筒殼體(3)空心處的短取壓管(6)，所述長取壓管(1)的一邊豎直穿入地設置在所述上端板(2)及下端板(4)的中心孔內，另一邊水平穿過并延伸至圓柱體(5)側壁外。

CN204882029U公開了一種用于建筑風環境風洞試驗的無風向風速探頭，其特征在于：所述的探頭由殼體(2)、堵頭(3)、長取壓管(1)和短取壓管(4)組成，所述的殼體(2)為圓筒形結構，其一端為開敞端(2a)，另一端為封閉端(2b)，所述的堵頭(3)密閉安裝在殼體(2)的封閉端(2b)，所述的長取壓管(1)穿過殼體(2)的開敞端(2a)和堵頭(3)后從殼體的封閉端(2b)穿出，其管壁與堵頭(3)緊密接觸并密封，所述的取壓短管(4)由殼體(2)的封閉端(2b)伸入，穿過堵頭(3)并與殼體內腔連通，其管壁與堵頭(3)緊密接觸并密封。

已有技術問題及缺陷包括：1、利用粗糙元產生的底部湍流強度并不是在所有情況下都能達到我們所需要的底部風場湍流強度，而且該湍流強度很難根據實際試驗情況進行調節；2、現有的利用尖劈來增加底部湍流強度的方式有較大的局限性，效果不是很明顯；3、實際風場底部湍流渦旋尺寸較大，但是利用粗糙元和尖劈的方法得到的風場底部湍流積分尺度偏小。

發明內容

鑒于現有技術存在的技術問題，本發明具體涉及一種通過通過改變圓柱轉速來調節邊界層風洞試驗底部湍流度的裝置，可有效增加風場底部湍流度，從而提高風洞試驗結果的準確性；另一方面，通過圓柱反方向的旋轉來增大底部旋渦尺寸，從而增大風洞中底部風場湍流積分尺度，達到更好地擬合實際風場的效果。

具體地，本發明的目的是這樣實現的：通過改變圓柱轉速來調節邊界層風洞試驗底部湍流度的裝置，其中，旋轉圓柱主要包括：底座、圓柱以及動力裝置，其中，底座包括上底盤和下底盤，a.上底盤與軸承連接，利用軸承可調節角度來貼合尖劈的外形，動力裝置包括旋轉體和電機，上底盤中心設置有旋轉體，旋轉體上部連接圓柱，旋轉體下部與電機連接；b.下底盤起到固定以及連接電源作用，下底盤一側設置有調控裝置，調控裝置與電機連接，并可實時控制電機轉速。

其中，所述圓柱底部設置有凹槽，與上底盤的旋轉體連接。

圓柱尺寸高度可以根據具體試驗需要制作，材料不限，底部初步擬用的材料為塑料。

優選方案為利用軸承可調節上地盤和下底盤夾角的角度范圍為0～75度。

為了自動調控，所述裝置進一步包括內部控制模塊，內部控制模塊通過布置在被測物測點上的湍流度傳感器發送的信號，來控制電機的輸出功率，從而控制旋轉體的轉速。

本發明的再一目的在于提供一種湍流度調控方法，使用前述的一種可旋轉的增強風場底部湍流強度的風洞試驗裝置。