一種風(fēng)洞紊流場模擬方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑和橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及高聳結(jié)構(gòu)、大跨橋梁和大跨空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞紊流場模擬，在物理風(fēng)洞內(nèi)模擬同時在順風(fēng)向和橫風(fēng)向或水平向和豎向產(chǎn)生隨機(jī)脈動的紊流風(fēng)場。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高聳結(jié)構(gòu)、大跨柔性橋梁結(jié)構(gòu)和大跨空間結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段需要完成高聳結(jié)構(gòu)模型、大跨空間結(jié)構(gòu)模型或大跨橋梁節(jié)段模型及全橋氣彈模型在物理風(fēng)洞條件下的測力和測振試驗，用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計。研究過程中，風(fēng)洞風(fēng)場的模擬多采用利用粗糙元、尖塔等形成所需紊流場的被動模擬方法或使用振動翼柵、變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列等裝置的主動模擬方法。但前者對紊流的模擬達(dá)不到實驗風(fēng)場與大氣邊界層風(fēng)場的紊流相似性；后者雖能產(chǎn)生實驗所需的較高紊流度，但僅能模擬在單方向產(chǎn)生隨機(jī)脈動的紊流場，簡化了實際結(jié)構(gòu)所處的多向紊流場特征，導(dǎo)致實驗風(fēng)場與實際高聳結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁與空間結(jié)構(gòu)所處紊流場差異較大，依據(jù)這樣的試驗結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)將導(dǎo)致設(shè)計的結(jié)構(gòu)偏于危險或經(jīng)濟(jì)上的浪費。針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，客觀上需要研發(fā)新的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種翼柵與風(fēng)扇陣列組合主動來流模擬的方法及裝置，將振動翼柵和變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列結(jié)合起來，利用變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列產(chǎn)生順風(fēng)向或水平向的紊流場，利用水平排列或豎直排列的振動翼柵陣列產(chǎn)生相應(yīng)實驗狀況下所需的橫風(fēng)向或豎向的紊流場，解決了以往單翼柵或單風(fēng)扇陣列僅能模擬單向紊流場的不足，使得實驗室風(fēng)洞模擬的風(fēng)場更接近于實際高聳結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁或大跨空間結(jié)構(gòu)所處的風(fēng)場環(huán)境。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]—種翼柵與風(fēng)扇陣列組合主動來流模擬方法，在風(fēng)洞進(jìn)氣口布置陣列排列的變頻調(diào)速風(fēng)扇組，在風(fēng)洞風(fēng)場上游處布置振動翼柵陣列。通過變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列形成順風(fēng)向或水平向的隨機(jī)脈動風(fēng)速場，順風(fēng)向或水平向風(fēng)速的隨機(jī)脈動由風(fēng)扇陣列組的各個變頻風(fēng)扇主動控制。
[0006]通過振動翼柵裝置形成橫風(fēng)向或豎向的隨機(jī)脈動風(fēng)速場。來流風(fēng)經(jīng)過振動中的翼柵，將額外產(chǎn)生垂直翼柵平板所在面的隨機(jī)脈動，即橫風(fēng)向或豎向的風(fēng)速脈動。其中，水平排列的振動翼柵陣列在水平方向上發(fā)生振動，使風(fēng)速在水平方向上產(chǎn)生脈動；豎向排列的振動翼柵陣列在豎直方向上發(fā)生振動，使風(fēng)速在豎直方向上產(chǎn)生脈動，水平或豎向排列的振動翼柵陣列的選擇取決于試驗所需模擬紊流場的方向，振動翼柵陣列產(chǎn)生的脈動風(fēng)均垂直于風(fēng)扇陣列產(chǎn)生的順風(fēng)向或水平向的脈動風(fēng)。
[0007]通過變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列和振動翼柵裝置的組合形成同時在順風(fēng)向和橫風(fēng)向或水平向和豎向脈動的紊流場，從而實現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)所處風(fēng)環(huán)境的有效模擬。
[0008]具體的，所述振動翼柵裝置包括水平排列或豎向排列的振動翼柵陣列。
[0009]—種實現(xiàn)上述方法的翼柵與風(fēng)扇陣列組合的主動來流模擬裝置，包括變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列以及水平排列的水平方向振動翼柵或豎向排列的豎直方向振動翼柵。所述變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列設(shè)置于風(fēng)洞進(jìn)氣口，在風(fēng)洞風(fēng)場上游處布置振動翼柵陣列。
[0010]所述主動來流模擬裝置包括變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列以及水平排列的水平方向振動翼柵或豎向排列的豎直方向振動翼柵。
[0011]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是通過振動翼柵陣列和變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列形成同時在順風(fēng)向和橫風(fēng)向或水平向和豎向脈動的紊流場，從而實現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)所處風(fēng)環(huán)境的有效模擬，解決以往風(fēng)場單向脈動模擬的不足。本發(fā)明簡單有效，可以達(dá)到紊流場的雙向脈動效果，具有較強(qiáng)的實用性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明風(fēng)洞紊流場模擬裝置實施例三維效果圖(采用豎向排列的豎直方向振動翼柵裝置)。
[0013]圖2是振動翼柵形成脈動的原理圖。
[0014]圖中:1進(jìn)氣口 ；2變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列；3豎向排列的振動翼柵陣列；Ul來流脈動風(fēng)；u2尾流脈動風(fēng)；u3振動翼柵產(chǎn)生的垂直翼柵平板所在面的脈動風(fēng)；R(t)風(fēng)扇振動角。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0016]本發(fā)明提供一種風(fēng)洞紊流場模擬方法，在風(fēng)洞進(jìn)氣口布置陣列排列的變頻調(diào)速風(fēng)扇組，在風(fēng)洞風(fēng)場上游處布置振動翼柵裝置。通過變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列形成順風(fēng)向或水平向的隨機(jī)脈動風(fēng)速場，順風(fēng)向或水平向風(fēng)速的隨機(jī)脈動由風(fēng)扇陣列組的各個變頻風(fēng)扇主動控制。
[0017]通過振動翼柵裝置形成橫風(fēng)向或豎向的隨機(jī)脈動風(fēng)速場。來流風(fēng)經(jīng)過振動中的翼柵，將額外產(chǎn)生垂直翼柵平板所在面的隨機(jī)脈動，即橫風(fēng)向或豎向的風(fēng)速脈動。其中，水平排列的振動翼柵陣列使風(fēng)速在水平方向上產(chǎn)生脈動，豎向排列的振動翼柵陣列使風(fēng)速在豎直方向上產(chǎn)生脈動，振動翼柵陣列產(chǎn)生的脈動風(fēng)均垂直于風(fēng)扇陣列產(chǎn)生的順風(fēng)向或水平向的脈動風(fēng)，水平或豎向排列的振動翼柵陣列的選擇取決于試驗所需模擬紊流場的方向。
[0018]通過變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列和振動翼柵裝置的組合形成同時在順風(fēng)向和橫風(fēng)向或水平向和豎向脈動的紊流場，從而實現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)所處風(fēng)環(huán)境的有效模擬。
[0019]來流風(fēng)經(jīng)過振動中的翼柵，將額外產(chǎn)生垂直翼柵平板所在面的隨機(jī)脈動，水平排列的振動翼柵陣列或豎向排列的振動翼柵陣列的選擇取決于試驗所需模擬紊流場的方向。
[0020]換言之，變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列和水平排列的水平方向振動翼柵陣列組合產(chǎn)生順風(fēng)向和橫風(fēng)向或水平向和豎向雙向組合的脈動風(fēng)場，變頻調(diào)速風(fēng)扇陣列和豎向排列的豎直方向振動翼柵陣列組合產(chǎn)生水平向和豎向雙向組合的脈動風(fēng)場。
[0021]如圖2所示，來流風(fēng)Ul經(jīng)過垂直于來流風(fēng)方向