[發明專利]一種風洞溫度梯度控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201910214007.6
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN109917829B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 劉震卿;胡一冉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G01M9/02
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于風洞試驗配套設備領域，并具體公開了一種風洞溫度梯度控制裝置及其控制方法，其包括溫差柵格、固定式溫度傳感器、活動式溫度傳感器和溫度控制器，控制時其根據固定式溫度傳感器和活動式溫度傳感器測得的溫差柵格各層的溫度分布和目標位置的溫度分布計算獲得溫度系數矩陣；然后根據溫度系數矩陣和目標位置所需的目標溫度梯度計算獲得溫差柵格各層所需的溫度；最后控制器根據計算獲得的溫差柵格各層的溫度分布控制溫差柵格各層的加熱線圈使各層達到所需溫度。本發明可對氣流進行分層，并對分層后的氣流進行獨立加熱以獲得不同的溫度梯度，從而對氣流進行分層模擬，并實現各層氣流的溫度梯度控制。

技術領域

本發明屬于風洞試驗配套設備領域，更具體地，涉及一種風洞溫度梯度控制裝置及其控制方法。

背景技術

風洞是指在一個按一定要求設計的管道系統內，采用動力裝置驅動可控制的氣流，根據運動的相對性和相似性原理進行各種氣動力試驗的設備。邊界層風洞是專門用于風工程試驗的長試驗段風洞，根據用途的不同可以分為建筑風洞、環境風洞、汽車專用風洞等，其中建筑風洞主要進行土木工程結構的抗風研究，如高層建筑、大型橋梁、輸電線塔等結構的抗風研究。

現有邊界層風洞試驗中大多采用常規的大氣邊界層風洞，例如許偉(許偉，大氣邊界層風洞中風場的數值模擬[D]，哈爾濱工業大學，2007)針對哈工大風洞的小試驗段建立了全尺度模型，將被動模擬技術中的尖劈、粗糙元裝置引入到數值風洞中，開展了對大氣邊界層風場的數值模擬研究；王兆印(王兆印.大氣邊界層的風洞模擬[J].實驗力學，1998，13(3)：283-392)通過比較大氣邊界層與不同比尺的模型實驗，研究了風洞模型實驗中的比尺效應。上述大氣邊界層風洞試驗的前提均是假設氣流未分層，而實際上不同位置的氣流其溫度存在一定的梯度，并不能將其完全視為一樣，因此上述風洞試驗無法實現對不同氣流分層強弱的模擬。為了開展考慮氣流分層影響的風洞試驗，實現對不同氣流層的模擬，本領域亟待研制一套風洞溫度梯度控制裝置及方法，以實現氣流各層的溫度梯度控制，進而對不同氣流分層進行模擬。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種風洞溫度梯度控制裝置及其控制方法，其通過對關鍵組件如溫差柵格、溫度傳感器組件和溫度控制器的結構及其具體配合方式的研究與設計，可實現氣流分層并對各層氣流溫度進行獨立控制，同時可實現以試驗目標位置的溫度分布為目標的溫差柵格自適應控制，具有結構簡單、操作方便等優點，適用于風洞試驗的氣流分層模擬。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種風洞溫度梯度控制裝置，其包括溫差柵格、溫度傳感器組件和溫度控制器，其中：

所述溫差柵格為多層結構，其設置在風洞收縮段的末端，用于將風洞收縮段末端的氣流進行分層，所述溫差柵格的每一層上均設置有加熱線圈；

所述溫度傳感器組件包括固定式溫度傳感器和活動式溫度傳感器，其中固定式溫度傳感器的數量與所述溫差柵格的層數對應，其設于溫差柵格的各層中以測量通過溫差柵格各層后的氣流溫度，活動式溫度傳感器的數量同樣與所述溫差柵格的層數對應，其設于目標位置以測量目標位置的溫度分布；

所述溫度控制器與所述加熱線圈、固定式溫度傳感器和活動式溫度傳感器相連，其用于通過加熱線圈實現溫差柵格各層的溫度調節，以使得目標位置達到所需的目標溫度梯度。

作為進一步優選的，所述溫差柵格的每層均包括由上至下依次設置的絕緣板、絕熱板和承重板，所述加熱線圈設于所述絕緣板上。

作為進一步優選的，所述活動式溫度傳感器優選設置在所述溫差柵格的出流端，并位于溫差柵格相鄰兩層的中部。

作為進一步優選的，所述活動式溫度傳感器的排布高度及間距優選與所述固定式溫度傳感器的排布高度和間距相同。

作為進一步優選的，具體采用如下方式使得目標位置達到所需的目標溫度梯度：