[发明专利]地形风场特性风洞试验测试系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种地形风场特性风洞试验测试系统及试验方法，地形风场特性风洞试验测试系统用于获取复杂地形的风场特性及分布情况，包括用于模拟实际地形的地形模型、安装于风洞地面转盘上的用于安装地形模型并调节地形模型风向角的风向角调节装置以及用于安装测试仪器的测试支架，测试支架处于地形模型的待测测试点上，测试支架上沿高度方向设有多个用于安装测试仪器的连接件，通过分别安装于多个连接件上的测试仪器测得测试点处不同高度的风速，测试仪器的探针正对风洞来流。

技术领域

本发明涉及地形风场特性测试技术领域，特别地，涉及一种用于获取复杂地形的风场特性及分布情况的地形风场特性测试系统，此外，还涉及一种采用上述地形风场特性风洞试验测试系统的试验方法。

背景技术

准确了解桥址区风场特性是桥梁抗风设计研究的基础，只有准确掌握桥址区风场特性，明确桥梁设计风速标准，才能为成桥及施工阶段风致响应的计算分析提供风参数和风洞模型试验中大气边界层风场的模拟提供目标值，进而为桥梁结构抗风性能评价提供可靠的依据。然而现行规范描述风场特性的数学模型通常仅适用地形平坦、风场环境明确的地形，尚不足以描述复杂地形的风环境。针对复杂地形风特性的主要研究手段有四种，即理论分析、现场实测、数值模拟和风洞试验。但理论分析对于实际复杂地形的气流绕流问题，很难从理论上求解；针对桥址区的现场实测资料可信度较高，相对真实地反映了观测站位置的局部空气流动特性，但基于现场实测资料来推算桥址区风场特性的分析方法需要建立足够数量的观测站，且需要持续相当长的观测周期，投资较大，且对于复杂地形桥址区，在主梁和桥塔位置处建立观测站的难度较大；数值模拟方法能减少人力和资源的投入，但是由于目前数值模拟技术在湍流与分离流中的局限性，数值模拟计算结果的精度有限，大多地形风场特性数值模拟只能针对形式较简单的山体地形，实际复杂地形的数值模拟结果与现场实测或风洞试验结果偏差较大；地形模型风洞试验通常以实际地形为参照，按照一定缩尺比制作出反映实际地形特征的地形模型，以获取特定位置的风特性以及整个复杂地形区域内的风场分布，但现有的地形模型风洞试验仅能获取局部区域风场特性，无法模拟获得整个地形不同风向角下的风场分布。

发明内容

本发明提供了一种地形风场特性风洞试验测试系统及试验方法，以解决现有地形风场特性风洞试验无法模拟获得整个地形不同风向角下的风场分布的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种地形风场特性风洞试验测试系统，用于获取复杂地形的风场特性及分布情况，包括用于模拟实际地形的地形模型、安装于风洞地面转盘上的用于安装地形模型并调节地形模型风向角的风向角调节装置以及用于安装测试仪器的测试支架，测试支架处于地形模型的待测位置上，测试支架上沿高度方向设有多个用于安装测试仪器的连接件，通过分别安装于多个连接件上的测试仪器测得测试点处不同高度的风速，测试仪器的探针正对风洞来流。

进一步地，测试支架固定于试验室地面并处于风向角调节装置的旋转中心线上，并依次贯穿位于试验室地面上方的风洞地面、风洞地面转盘、风向角调节装置以及地形模型伸出至地形模型上方；连接件布设于测试支架的外伸部分上；通过移动调节地形模型在风向角调节装置上的位置以使地形模型的待测点处于风向角调节装置的旋转中心线上；测试仪器通过连接件固接在测试支架上，测试仪器的探针始终正对风洞来流且测试仪器的探针与风洞来流相对位置固定。

进一步地，地形模型的待测测试点处设有用于穿设测试支架的测试通孔，风向角调节装置包括安装于风洞地面转盘上的用于安装地形模型的模型转盘，模型转盘上设有与地形模型的测试通孔相对的用于穿设测试支架的转盘通孔，测试支架的外伸端依次穿过风洞地面转盘的中心通孔、待测测试点下方的转盘通孔以及待测测试点处的测试通孔并通过安装于多个连接件上的多个测试仪器测得待测测试点处不同高度的风速；通过风洞地面转盘带动模型转盘绕测试支架转动以获取测试点处不同高度和不同风向角下的风场特性。

进一步地，模型转盘的径向尺寸大于或等于地形模型的径向尺寸，风向角调节装置还包括设于模型转盘底面并位于风洞地面转盘周围的滑轮，通过滑轮在风洞地面上滑动以减少风洞地面转盘带动模型转盘绕测试支架转动时的阻力。