CN102706532B - 一种风洞风场均匀度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风洞风场均匀度的测量方法，把风洞测量点所在的截面划分为大小相同的连续网格，其中网格的边长比风场边界层的厚度小；分别测量每个网格中心处的风速，求出该风速与对应网格面积的乘积，把所有网格对应的乘积相加后除以截面面积，得到平均风速；根据每个网格中测量的风速与上述平均风速求出方差，根据方差的大小得到风场的均匀度。本发明操作简单，高效便捷，提高实验结果的精确性。

Description

一种风洞风场均匀度的测量方法

技术领域

本发明涉及风洞试验技术，尤其涉及一种风洞风场均匀度的测量方法。

背景技术

当今世界正处于全面高速发展时期，科学技术水平不断提高，空气动力学的研究对试验指导具有非常重大的意义。要进行空气动力学的研究，就需要用风洞平台模拟大气环境，风洞的建设突飞猛进,为空气动力学的研究试验提供所需的流场，随着空气动力学研究的不断发展，风洞在汽车、气象、教学实验、航空航天、环境污染、建筑桥梁等诸多研究领域发挥了重要作用。为了满足科学领域研制的需求，世界各国相继建造了尺寸不同、类型各异的风洞，用以提高风洞的性能品质。其中，气流特性是非常重要的性能指标之一，气流特性包括风速均匀性及稳定性、风场湍流度等等，风洞的气流特性好坏直接关系到空气动力学研究的成败，为了更好的评估气流特性的好坏，一种能够高效衡量流场均匀性的方法在风洞研究领域中就显得极为重要。

目前国内的风洞试验普遍采用进风扩散段、稳定段、风机段、过渡段、收缩段和拐角等设计模式，通过多个系统的配合来实现气流的均匀控制，如西北工业大学的低湍流度风洞、国防科技大学的磁悬浮风洞、航天空气动力技术研究院的微型飞行器研究用极低速风洞、同济大学的桥梁风洞等。上述风洞在适应性、湍流度、雷诺数、柔壁自适应功能等性能指标上得到了很大程度的提高,但在流场的均匀性方面只能做近似评估，并没有一套简单、可靠的衡量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种风洞风场均匀度的测量方法，该方法操作简单，高效便捷，提高实验结果的精确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种风洞风场均匀度的测量方法，把风洞测量点所在的截面划分为大小相同的连续网格，其中网格的边长比风场边界层的厚度小；分别测量每个网格中心处的风速，求出该风速与对应网格面积的乘积，把所有网格对应的乘积相加后除以截面面积，得到平均风速；根据每个网格中测量的风速与上述平均风速求出方差，根据方差的大小得到风场的均匀度。

上述的风洞风场均匀度的测量方法，具体步骤如下：

(1)、将实验所研究的风洞实验平台的横截面的形状以及对应的尺寸载入autoCAD中，做出风洞内接圆，测量内接圆的直径记为L；

(2)、边界层厚度δ＝0.08/vn＝[(L/δ)]其中v代表风场的主流速度，[(L/δ)]表示不超过(L/δ)的最大整数；以风洞壁上边为X轴，左边为Y轴，左上的顶点为坐标系的原点建立直角坐标系，把风洞横截面划分为(n+1)*(n+1)个正方形的网格，其中正方形的边长为d＝L/(n+1)，然后以横边为行，以竖边为列构成一个数列，从左上的第一个方格开始依次记为a_ij，其中下标i表示横边的方格数，j表示竖边的方格数；

(3)、连接网格中各个正方形的对角线，把的交点坐标记为c_ij(x,y)；

(4)、使用风速探测仪，测量每点c_ij对应的风速v_ij，近似的认为此时c_ij所对应的v_ij代表该网格的风速；

(5)、风洞中横截面所通过的风量为进而得出整个风洞的差；根据方差的大小来衡量风洞中的风场的均匀度；σ越小则风场越均匀，相反σ越大则风场越不均匀。

方差越大，风场越不均匀；方差越小，风场越均匀。

本发明操作简单，高效便捷，提高实验结果的精确性。

附图说明

图1是本发明风洞测量点截面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

如图1所示。本发明风洞风场均匀度的测量方法，把风洞测量点所在的截面划分为大小相同的连续网格，其中网格的边长比风场边界层的厚度小；分别测量每个网格中心处的风速，求出该风速与对应网格面积的乘积，把所有网格对应的乘积相加后除以截面面积，得到平均风速；根据每个网格中测量的风速与上述平均风速求出方差，根据方差的大小得到风场的均匀度。

上述的风洞风场均匀度的测量方法，具体步骤如下：

(1)、将实验所研究的风洞实验平台的横截面的形状以及对应的尺寸载入autoCAD中，做出风洞内接圆，测量内接圆的直径记为L；

(2)、边界层厚度δ＝0.08/vn＝[(L/δ)]其中v代表风场的主流速度，[(L/δ)]表示不超过(L/δ)的最大整数；以风洞壁上边为X轴，左边为Y轴，左上的顶点为坐标系的原点建立直角坐标系，把风洞横截面划分为(n+1)*(n+1)个正方形的网格，其中正方形的边长为d＝L/(n+1)，然后以横边为行，以竖边为列构成一个数列，从左上的第一个方格开始依次记为a_ij，其中下标i表示横边的方格数，j表示竖边的方格数；

(3)、连接网格中各个正方形的对角线，把的交点坐标记为c_ij(x,y)；

(4)、使用风速探测仪，测量每点c_ij对应的风速v_ij，近似的认为此时c_ij所对应的v_ij代表该网格的风速；

(5)、风洞中横截面所通过的风量为进而得出整个风洞的平均速度S为风洞总的横截面积；Sij为横截面的位置坐标；

(6)、由以上数据根据式子 $\mathrm{\σ}=\frac{1}{(n+1)*(n+1)}\underset{i=1,j=1}{\overset{i=n+1,j=1+n}{\mathrm{\Σ}}}{(v_{\mathrm{ij}}-\stackrel{\‾}{v})}^2$ 得出风速的方差；根据方差的大小来衡量风洞中的风场的均匀度；σ越小则风场越均匀，相反σ越大则风场越不均匀。

方差越大，风场越不均匀；方差越小，风场越均匀。

Claims (2)

1.一种风洞风场均匀度的测量方法，其特征在于，把风洞测量点所在的截面划分为大小相同的连续网格，其中网格的边长比风场边界层的厚度小；分别测量每个网格中心处的风速，求出该风速与对应网格面积的乘积，把所有网格对应的乘积相加后除以截面面积，得到平均风速；根据每个网格中测量的风速与上述平均风速求出方差，根据方差的大小得到风场的均匀度。

2.根据权利要求1所述的风洞风场均匀度的测量方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)、将实验所研究的风洞实验平台的横截面的形状以及对应的尺寸载入autoCAD中，做出风洞内接圆，测量内接圆的直径记为L；

(2)、边界层厚度δ＝0.08/v，n＝[(L/δ)]其中v代表风场的主流速度，[(L/δ)]表示不超过(L/δ)的最大整数；以风洞壁上边为X轴，左边为Y轴，左上的顶点为坐标系的原点建立直角坐标系，把风洞横截面划分为(n+1)*(n+1)个正方形的网格，其中正方形的边长为d＝L/(n+1)，然后以横边为行，以竖边为列构成一个数列，从左上的第一个方格开始依次记为a_ij，其中下标i表示横边的方格数，j表示树边的方格数；

(3)、连接网格中各个正方形的对角线，把的交点坐标记为c_ij(x,y)；

(4)、使用风速探测仪，测量每点c_ij对应的风速v_ij，近似的认为此时c_ij所对应的v_ij代表该网格的风速；

(5)、风洞中横截面所通过的风量为进而得出整个风洞的平均速度S为风洞总的横截面积；

(6)、由以上数据根据式子得出风速的方差；根据方差的大小来衡量风洞中的风场的均匀度；σ越小则风场越均匀，相反σ越大则风场越不均匀。