[发明专利]一种风洞紊流场模拟方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于建筑和桥梁结构风工程研究技术领域，涉及高耸结构、大跨桥梁和大跨空间结构的风洞紊流场模拟，在物理风洞内模拟同时在顺风向和横风向或水平向和竖向产生随机脉动的紊流风场。

背景技术

目前，高耸结构、大跨柔性桥梁结构和大跨空间结构在设计阶段需要完成高耸结构模型、大跨空间结构模型或大跨桥梁节段模型及全桥气弹模型在物理风洞条件下的测力和测振试验，用于指导结构抗风设计。研究过程中，风洞风场的模拟多采用利用粗糙元、尖塔等形成所需紊流场的被动模拟方法或使用振动翼栅、变频调速风扇阵列等装置的主动模拟方法。但前者对紊流的模拟达不到实验风场与大气边界层风场的紊流相似性；后者虽能产生实验所需的较高紊流度，但仅能模拟在单方向产生随机脉动的紊流场，简化了实际结构所处的多向紊流场特征，导致实验风场与实际高耸结构、大跨度桥梁与空间结构所处紊流场差异较大，依据这样的试验结果对结构设计进行指导将导致设计的结构偏于危险或经济上的浪费。针对现有技术中存在的上述问题，客观上需要研发新的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种翼栅与风扇阵列组合主动来流模拟的方法及装置，将振动翼栅和变频调速风扇阵列结合起来，利用变频调速风扇阵列产生顺风向或水平向的紊流场，利用水平排列或竖直排列的振动翼栅阵列产生相应实验状况下所需的横风向或竖向的紊流场，解决了以往单翼栅或单风扇阵列仅能模拟单向紊流场的不足，使得实验室风洞模拟的风场更接近于实际高耸结构、大跨度桥梁或大跨空间结构所处的风场环境。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种翼栅与风扇阵列组合主动来流模拟方法，在风洞进气口布置阵列排列的变频调速风扇组，在风洞风场上游处布置振动翼栅阵列。通过变频调速风扇阵列形成顺风向或水平向的随机脉动风速场，顺风向或水平向风速的随机脉动由风扇阵列组的各个变频风扇主动控制。

通过振动翼栅装置形成横风向或竖向的随机脉动风速场。来流风经过振动中的翼栅，将额外产生垂直翼栅平板所在面的随机脉动，即横风向或竖向的风速脉动。其中，水平排列的振动翼栅阵列在水平方向上发生振动，使风速在水平方向上产生脉动；竖向排列的振动翼栅阵列在竖直方向上发生振动，使风速在竖直方向上产生脉动，水平或竖向排列的振动翼栅阵列的选择取决于试验所需模拟紊流场的方向，振动翼栅阵列产生的脉动风均垂直于风扇阵列产生的顺风向或水平向的脉动风。

通过变频调速风扇阵列和振动翼栅装置的组合形成同时在顺风向和横风向或水平向和竖向脉动的紊流场，从而实现实际结构所处风环境的有效模拟。

具体的，所述振动翼栅装置包括水平排列或竖向排列的振动翼栅阵列。

一种实现上述方法的翼栅与风扇阵列组合的主动来流模拟装置，包括变频调速风扇阵列以及水平排列的水平方向振动翼栅或竖向排列的竖直方向振动翼栅。所述变频调速风扇阵列设置于风洞进气口，在风洞风场上游处布置振动翼栅阵列。

所述主动来流模拟装置包括变频调速风扇阵列以及水平排列的水平方向振动翼栅或竖向排列的竖直方向振动翼栅。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是通过振动翼栅阵列和变频调速风扇阵列形成同时在顺风向和横风向或水平向和竖向脉动的紊流场，从而实现实际结构所处风环境的有效模拟，解决以往风场单向脉动模拟的不足。本发明简单有效，可以达到紊流场的双向脉动效果，具有较强的实用性。

附图说明

图1是本发明风洞紊流场模拟装置实施例三维效果图(采用竖向排列的竖直方向振动翼栅装置)。

图2是振动翼栅形成脉动的原理图。

图中：1进气口；2变频调速风扇阵列；3竖向排列的振动翼栅阵列；u₁来流脉动风；u₂尾流脉动风；u₃振动翼栅产生的垂直翼栅平板所在面的脉动风；R(t)风扇振动角。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种风洞紊流场模拟方法，在风洞进气口布置阵列排列的变频调速风扇组，在风洞风场上游处布置振动翼栅装置。通过变频调速风扇阵列形成顺风向或水平向的随机脉动风速场，顺风向或水平向风速的随机脉动由风扇阵列组的各个变频风扇主动控制。