風(fēng)工程多媒體(九)

1、風(fēng)工程九風(fēng)工程四、風(fēng)特性風(fēng)洞模擬 雖然計算流膂力學(xué)開展很快,但湍流作用在構(gòu)造上的風(fēng)荷載也只能在極少的情況下可以計算出來。確定風(fēng)荷載準確的方法是建立在原型構(gòu)造上的實地丈量。為了得到更普通的結(jié)論，必需研討一切重要參數(shù)的影響規(guī)律，然而這在實際中是不能夠的。因此確定風(fēng)荷載最適當(dāng)?shù)姆椒ň褪沁M展構(gòu)造模型風(fēng)洞實驗。 為了使風(fēng)洞模型實驗結(jié)果可以運用到大氣邊境層流動的實物，原那么上應(yīng)使風(fēng)洞實驗段中的流動和大氣邊境層的流動做到幾何類似，運動類似，動力類似，熱力類似和邊境條件類似。也就是要保證大氣運動方程的無量綱類似參數(shù)相等，同時還要保證大氣邊境層特性類似。 4.1 模擬準那么 在分析一切物理問題時,特別是經(jīng)過實驗

2、所研討的物理問題時,需求確定一組無量綱的控制參數(shù).即對于所研討問題的控制方程組用一個具有對應(yīng)量綱的的參考值遍除一切的關(guān)鍵變量,使之無量綱化。 假設(shè)這些參數(shù)組從一種情況(原物)到另一種情況(模型)堅持不變,自然也就保證了物理過程的類似性。對于流動問題,這組方程就是質(zhì)量方程,運動方程和能量方程。 Rossby數(shù):類似參數(shù):Froude數(shù):Reynolds數(shù):Prandtl數(shù):Eckert數(shù):Schmidt數(shù):Richardson數(shù): 在風(fēng)工程中，由于參數(shù)很多，不能夠同時滿足一切條件，因此有必要忽略那些對所討論的實踐情況不太重要的參數(shù)，這為構(gòu)成不同的模型規(guī)律提供了根底，不同的模型規(guī)律分別能給出一定范

3、圍內(nèi)實踐順應(yīng)的結(jié)果。 研討風(fēng)荷載對構(gòu)造的作用時主要存在以下三種力： 慣性力 重力 粘性力1弗勞德數(shù)弗勞德數(shù)表示氣流的慣性力作用與構(gòu)造的重力之比。 在高層建筑風(fēng)致振動中，重力荷載直接作用在根底上永久荷載，與建筑物的風(fēng)振不相互作用，因此弗勞德數(shù)并不太重要。但對氣動彈性構(gòu)造輸電線、懸索橋等必需保證弗勞德數(shù)相等。 2雷諾數(shù)雷諾數(shù)表示作用在流體上的慣性力與粘性力之比。 作用在弧形外表的風(fēng)荷載與雷諾數(shù)有關(guān)，對于這類構(gòu)造的風(fēng)洞實驗必需思索雷諾數(shù)的影響。 (3)邊境條件 大氣邊境層風(fēng)洞實驗,除了保證模型與原型的無量綱類似參數(shù)相等外,還要保證模擬實驗時的邊境條件類似.來流的風(fēng)速廓線,溫度廓線和縱向壓力梯度湍流強

4、度,湍流積分尺度和湍流功率譜密度地外表幾何外形,粗糙度和地外表溫度分布來流流動形狀(充分開展的湍流) 杰森M.Jensen,1958)模型規(guī)律: 風(fēng)洞: 在一個按一定要求設(shè)計的管道系統(tǒng)內(nèi)，采用動力安裝驅(qū)動可控制的氣流，根據(jù)運動的相對性和類似性原理進展各種氣動力實驗的設(shè)備。4.2 大氣邊境層風(fēng)洞風(fēng)洞分類:低速風(fēng)洞(M5)特種風(fēng)洞立式尾旋風(fēng)洞，低密度風(fēng)洞，脈沖型風(fēng)洞，電弧加熱設(shè)備，高溫?zé)針?gòu)造風(fēng)洞，彈道靶低速風(fēng)洞的根本方式直流式回流式造價低；適宜做內(nèi)燃機實驗流場質(zhì)量不受環(huán)境影響；可以實現(xiàn)增壓運轉(zhuǎn)低速風(fēng)洞構(gòu)造表示圖 拐角導(dǎo)流片動力段穩(wěn)定段蜂窩器收縮段實驗段分散段回路段調(diào)壓縫第二實驗段低速風(fēng)洞的主要部件

5、實驗段流場質(zhì)量滿足實驗要求調(diào)壓縫使實驗段中壓強與環(huán)境大氣壓一樣擴壓段使氣流減速，減小氣流能量損失拐角和導(dǎo)流片減小氣流經(jīng)拐角時所產(chǎn)生的分別改善流場性能穩(wěn)定段、整流網(wǎng)使上游紊亂的不均勻氣流穩(wěn)定下來，使速度更均勻收縮段使穩(wěn)定氣流均勻加速動力段主要包括電機、風(fēng)扇、導(dǎo)向片等 風(fēng)洞氣動輪廓全長53m、寬18m，為低速、單回流、并列雙實驗段的邊境層風(fēng)洞。第一實驗段(高速實驗段)長17m，模型實驗區(qū)橫截面寬3m、高2.5m，實驗段風(fēng)速058m/s延續(xù)可調(diào)。第二實驗段(低速實驗段)長15m、模型實驗區(qū)橫截面寬5.5m、高4.4m，最大風(fēng)速18m/s 。 湖南大學(xué)邊境層風(fēng)洞表示圖 回流式大氣邊境層風(fēng)洞，實驗段尺寸

6、為2m高15m寬14m長，在實驗段底板上的轉(zhuǎn)盤直徑為 4.8m，其轉(zhuǎn)軸中心距實驗段進口為10.5m。實驗風(fēng)速范圍從0.2m/s17.6m/s 延續(xù)可調(diào)。 同濟大學(xué)大氣邊境層風(fēng)洞 石家莊鐵道學(xué)院大氣邊境層風(fēng)洞4.3 風(fēng)洞測試技術(shù)熱線風(fēng)速儀電子掃描閥測壓系統(tǒng)熱線風(fēng)速儀原理：將一根通電加熱的細金屬絲稱熱線置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉(zhuǎn)變成電信號。任務(wù)方式：恒流式。經(jīng)過熱線的電流堅持不變，溫度變化時，熱線電阻改動，因此兩端電壓變化，由此丈量流速；恒溫式。熱線的溫度堅持不變，如堅持150， 根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式運用

7、更廣泛熱線風(fēng)速儀鉑、鎢12RsEb熱線風(fēng)速儀任務(wù)原理克英公式：熱轉(zhuǎn)換方程努塞爾數(shù)熱線加熱電壓流體速度熱傳導(dǎo)系數(shù)對流傳熱系數(shù)耗散熱量探頭尺寸非常小呼應(yīng)頻率高1000kHz，可呼應(yīng)很快的氣流脈動靈敏度高，可丈量很低的速度和脈動速度熱線風(fēng)速儀為延續(xù)丈量其信號容易進展統(tǒng)計處置丈量可緊縮流場亞、跨聲速信號很困難熱線風(fēng)速儀特點典型測壓管路表示圖壓阻式壓力傳感器任務(wù)原理 電子掃描閥壓力丈量系統(tǒng)4.4 風(fēng)特性風(fēng)洞模擬方法 在風(fēng)洞中，速度邊境層模擬包括風(fēng)速廓線和湍流構(gòu)造的模擬湍流強度，湍流積分尺度和湍流功率譜密度模擬方法分為人工構(gòu)成法和自然構(gòu)成法。自然構(gòu)成法是在風(fēng)洞實驗段中利用粗糙外表自然開展生成湍流邊境層,模擬比較真實,但要求風(fēng)洞有很長的實驗段。人工構(gòu)成法的原理是在風(fēng)洞實驗段入口人為的呵斥氣流分層的阻力不同，使得阻力自實驗段底壁沿高度逐漸減小，從而呵斥模型區(qū)內(nèi)平均風(fēng)速自下而上按指數(shù)律變化。人工構(gòu)成法又分為被動構(gòu)成方法和自動構(gòu)成方法兩種。 被動構(gòu)成方法格柵法曲網(wǎng)法曲面蜂窩器法風(fēng)障,旋渦發(fā)生器和粗糙元組合法自動構(gòu)成方法豎直放射法反向放射法震動格柵法多風(fēng)扇法風(fēng)障,旋渦發(fā)生器和粗糙元組合法尖塔粗糙元實例尖塔粗糙元轉(zhuǎn)盤實驗段20 x3x2模