[發明專利]耦合壁面射流與多葉片翼柵的邊界層風洞模擬下擊暴流的方法

有效

• 申請號: 202011302437.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112504617B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 閆渤文;袁養金;馬晨燕;舒臻孺;楊慶山;曹曙陽
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/04
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

本發明公開了一種耦合壁面射流與多葉片翼柵的邊界層風洞模擬下擊暴流的方法，開啟壁面射流裝置的軸流風機得到射流風風場，調節壁面射流裝置出風口的高度和出風口調節板的角度，從而改變射流風風場的空間特性分布，使射流風風場的最大徑向風速出現在設定高度；同時開啟風洞風機，在風洞流道內形成設定流速的背景風風場；耦合射流風風場和背景風風場，得到具有設定空間特性分布的下擊暴流出流風風場；調節導流裝置的導流板角度按照設定規律隨時間變化，使背景風風場的空間特性分布隨時間變化，并使下擊暴流出流風風場的流場特性隨時間變化，模擬下擊暴流出流風風場隨時間變化的突變特性。既能夠模擬下擊暴流出流風發展區的空間特性，又能夠模擬下擊暴流出流風的時變非穩態特性及渦區發展特性。

技術領域

本發明屬于風洞模擬試驗技術領域，具體的為一種耦合壁面射流與多葉片翼柵的邊界層風洞模擬下擊暴流的方法。

背景技術

在全球氣候逐年惡化的背景下，下擊暴流風災頻發，對其作用半徑內的建筑物、公共設施和輸電塔體系等結構產生了嚴重破壞。實測結果表明，下擊暴流與臺風、龍卷風等風災的風場特性有明顯差異，因此風洞試驗中對下擊暴流的風場模擬有其獨特的方式。

風工程界對下擊暴流的物理模擬分為兩大類，一類為模擬下擊暴流發展變化的整個過程，另一類只模擬下擊暴流出流過程。在常規邊界層風洞中，模擬下擊暴流出流過程主要有兩種方式，一種是利用壁面射流原理，通過在風洞底部產生額外的壁面風速并輔以銜接處的導流板作用形成一個隨高度變化的“鼻型”風剖面；另一種是利用導流板改變風向的原理，通過安裝在入風口與轉盤間試驗段的多翼柵裝置使水平氣流下行，調節翼柵旋轉角度能夠改變轉盤處風速從而模擬下擊暴流出流風速時程。第一種裝置雖然可以產生下擊暴流出流風剖面，但是不能有效模擬下擊暴流充分發展后風速的時變特性以及不能夠有效模擬下擊暴流出流前緣上卷的渦結構；第二種裝置雖然能夠模擬下擊暴流風速時變特性以及氣流撞擊地面后的渦流結構，但不能在任何導流板旋轉角度下有效模擬下擊暴流的空間分布特性。然而，工程師們更關注的是同時考慮下擊暴流突變風特性及出流前緣的渦流結構作用在建筑結構上產生的風效應。因此，通過有效手段正確模擬下擊暴流風速時變特性及空間分布特性進而分析建筑結構風效應更具工程意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種耦合壁面射流與多葉片翼柵的邊界層風洞模擬下擊暴流的方法，既能夠模擬下擊暴流出流風的空間特性，又能夠模擬下擊暴流出流風的時變非穩態特性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種耦合壁面射流與多葉片翼柵的邊界層風洞模擬下擊暴流的方法，開啟壁面射流裝置的軸流風機得到穩定的射流風風場，調節壁面射流裝置出風口調節板的角度，從而改變射流風風場的空間特性分布，使射流風風場的最大徑向風速出現在設定高度；同時開啟風洞風機，在風洞流道內形成設定流速的背景風風場；耦合射流風風場和背景風風場，得到具有設定空間特性分布的下擊暴流出流風風場；

調節導流裝置的導流板角度按照設定規律隨時間變化，使背景風風場隨時間變化，模擬下擊暴流出流風的非穩態時變特性。

進一步，利用湍流生成裝置在所述背景風風場靠近風洞流道底面的區域形成紊流，模擬所述下擊暴流出流風風場在近地面區域的紊流特性。

進一步，控制所述導流裝置的導流板的角度，使背景風風場與風洞流道的底面之間發生碰撞后向四周輻散，從而形成具有非穩態時變特性的下擊暴流出流風的渦區。

進一步，所述湍流生成裝置、導流裝置和壁面射流裝置在所述風洞流道內沿著背景風風場的流向依次設置。

進一步，所述湍流生成裝置包括格柵和粗糙元，所述格柵設置在所述粗糙元的上游側。

進一步，所述格柵包括間隔設置的若干豎直格柵板和間隔設置的若干水平格柵板，豎直格柵板和水平格柵板之間陣列形成用于氣流通過的孔洞。