[發明專利]一種龍卷風試驗入口攻角智能調控裝置及方法

在審

• 申請號: 202210413944.6
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114722718A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王浩;張寒;吳同;郎天翼;茅建校;杜長青;劉驍繁
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G01M9/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發明公開了一種龍卷風試驗入口攻角智能調控裝置及方法，屬于結構風工程試驗設備領域，裝置包括主控計算機、攻角調控裝置、入口風速測試模塊以及龍卷風模擬器內部PIV模塊，其中，所述主控計算機與攻角調控裝置、入口風速測試模塊以及龍卷風模擬器內部PIV模塊之間采用無線連接傳輸數據；主控計算機實時接收PIV模塊提供的龍卷風模擬器內部風場結構參數，基于風場特征參數解析算法分析內部風場的實際攻角，并通過機器學習優化算法進行入口攻角的自主優化分析，將攻角調控量傳輸至攻角調控裝置，從而實現目驗龍卷風試驗入口攻角精準調控。

技術領域

本發明涉及結構風工程領域，具體涉及一種龍卷風試驗入口攻角智能調控裝置及方法。

背景技術

風災是我國最嚴重的自然災害之一，數千公里的大陸海岸線均暴露在太平洋臺風的襲擊范圍之內，此外，我國幅員遼闊，氣象環境復雜多變，常發生龍卷風、下擊暴流等特異風災害。其中，龍卷風是地球大氣中最猛烈的對流風暴，其近地面最大風速可達170m/s，破壞力極強，常導致大量工程結構發生破壞甚至倒塌，造成重大人員傷亡和經濟損失。2016年江蘇省鹽城市阜寧縣發生EF4級龍卷（地面最大陣風風速達74-89 m/s），導致99人死亡、800多人受傷，倒塌房屋3000多間，道路受阻，通訊、電網等基礎設施嚴重損毀。據統計，1991年至2014年，我國平均每年發生龍卷風43次，其中江蘇和廣東龍卷風發生次數最多，極易受龍卷風襲擊。然而，江蘇和廣東作為我國兩大經濟重心省份，人員及基礎設施分布相對密集，更易受龍卷風災害侵襲。因此，為保障龍卷風多發區大量基礎設施的安全，亟需研究龍卷風作用下工程結構的安全性能，為工程結構抗龍卷風災設計和運維提供科學指導依據。

目前，龍卷風研究主要有現場實測、數值模擬、試驗研究等幾種手段，其中，由于龍卷風尺度小、破壞力強、預報難度高等特點，現場實測的施行往往需要高昂的成本，且難以獲得風場核心區的有效數據。近年來，隨著計算機性能的提升，采用數值模擬方法研究龍卷風已成為主要趨勢，基于計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法，可模擬龍卷風對結構的作用效應，從而指導工程實踐。然而，CFD方法仍然不夠成熟，且模擬結果的準確性驗證有待商榷。因此，試驗研究是目前工程結構龍卷風效應分析最可靠和有效的方法，同時也可以對計算流體力學的結果進行驗證，對現場實測的結果進行反演和解釋。

龍卷風試驗研究主要利用龍卷風模擬器生成人造縮尺風場，將工程結構物理模型置于風場中，并開展結構模型龍卷風效應測試與分析，從而指導工程實踐。龍卷風模擬器是龍卷風試驗研究的核心和關鍵，目前，世界上代表性的有美國Ward龍卷風模擬器、美國ISU龍卷風模擬器、加拿大WindEEE龍卷風模擬器等。以常用的Ward型為例，裝置入流區采用格柵調節風偏角即可實現氣流在裝置內的旋轉，從而形成人造龍卷風。然而，已有數值模擬研究表明，入流區風攻角對龍卷風場具有較大影響，現有試驗裝置入流區僅可控制氣流水平偏角，忽略了自然龍卷風場中入流區風攻角這一重要因素。因此，亟需一種攻角反饋調控方法及相應的輔助裝置，用于調節龍卷風模擬器入流區的氣流攻角，使得試驗中可更真實地模擬龍卷風，從而使工程結構龍卷風效應試驗結果更加準確。

發明內容

為解決龍卷風試驗研究中不能控制入流攻角的問題，采用一種龍卷風試驗入口攻角智能調控裝置及方法，以實現龍卷風試驗中入流區氣流攻角的精準智能調節，從而使試驗結果更加真實可靠。

技術方案：為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術手段：

一種龍卷風試驗入口攻角智能調控裝置，包括：

主控計算機、攻角調控裝置、入口風速測試模塊以及龍卷風模擬器內部PIV模塊，其中，所述主控計算機與攻角調控裝置、入口風速測試模塊以及龍卷風模擬器內部PIV模塊之間采用無線連接傳輸數據；

所述攻角調控裝置包括：入流外延段，包括多個，多個所述入流外延段環形布置于龍卷風模擬器入流區的外圍，每個入流外延段內均設有：