CN105043710A - 一种基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统 - Google Patents
一种基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,由稳定段、收缩段、实验段、扩散段以及风机段依次连接组成,稳定段由第一腔壁和嵌于第一腔壁内的整流装置构成的;收缩段由二腔壁构成,实验段由第三腔壁、圆盘装置、开启观察门装置、模拟测量装置和材料箱组成,所述圆盘装置位于第三腔壁内底部,开启观察门装置位于第三腔壁侧壁,材料箱和模拟测量装置均位于第三腔壁内,扩散段由第四腔壁构成,风机段由第五腔壁,风机装置和风扇段整流装置构成。本发明在控制实验所需精度的前提下,大大的减小了风洞实验所占体积,结构明晰,体积小,可根据功能分段拆卸搬运组装;本发明借助智能平台,实现了与建筑设计常用的建模模块无缝对接,将测量数据直接通过本发明直接运用到建模过程中。
Description
技术领域
本发明主要应用于建筑数字化设计领域,具体是一种基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统。
背景技术
目前已有的风洞系统主要应用在大型工业领域,例如航空航天测验,汽车工业测验,建筑结构测验等,测试的部分体型庞大,因此提供实验环境的风洞系统相应的尺寸巨大;同时风洞实验提供结果精度要求极高,之于实验测量仪器及整个风洞系统的场地、造价都有极高的要求,因此风洞实验并不能普及。另外,随着建筑数字化发展以及性能化建筑发展的深入,传统风洞实验准备时间长,准备工序复杂无法满足建筑设计初期阶段的快速生形推演,同时,传统风洞的测试结果无法直接输出到建筑设计数字软件从而与其他设计阶段连接,需要一种基于智能平台的高密度城市风环境研究的风洞系统。
总体来说,目前已有的风洞系统存在的不足之处为:(1)设备占地面积大,无法搬运与移动;(2)测量结果无法直接输出到建筑生形软件;(3)单次实验准备周期长,准备工序复杂;(4)实验设备及实验人工成本高;(5)实验在建筑初期设计阶段无法快速得到反馈结果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,本系统操作简单,成本可控,测量精度满足建筑初期设计需求,适用于不同城市高密度风环境模拟,通过智能平台的互动模拟实现结果可瞬时值反馈的风洞研究。
本发明的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,由稳定段、收缩段、实验段、扩散段以及风机段依次连接组成,其中:稳定段由第一腔壁1和嵌于第一腔壁1内的整流装置6构成的;收缩段由二腔壁2构成,实验段由第三腔壁3、圆盘装置9、开启观察门装置10、模拟测量装置11和材料箱34组成,所述圆盘装置9位于第三腔壁3内底部,开启观察门装置10位于第三腔壁3侧壁,材料箱34和模拟测量装置11均位于第三腔壁3内,扩散段由第四腔壁4构成,风机段由第五腔壁5,风机装置7和风扇段整流装置8构成。
本发明中,稳定段的第一腔壁1由第一结构框架13和第二观察侧壁12套接构成,第二观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第二结构框架13由内外两层套接而成,其内层与第一观察侧壁12相平对接,其外层延伸的部分同时连接固定第一观察侧壁12与第二结构框架的内层,这样就将第一结构框架13与第一观察侧壁12连接起来了;整流装置6由三层相同的固定框架38和金属丝网22构成,金属丝网22张紧后由固定框架38从两侧压紧从而固定;整流装置6内嵌固定在第一观察侧壁12内通道。
本发明中,收缩段的第二腔壁2由第二结构框架15和第二观察侧壁14套结构成,第二观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第二结构框架15由两段组成,每段皆由内外两层套结而成,每段的内层分别与第二观察侧壁14相平对接,每段的外层的延伸部分同时连接固定第二观察侧壁14与每段的内层,这样就将两段的结构框架15和观察侧壁14连接起来了。
本发明中,实验段的第三腔壁3由第三结构框架17和第三观察侧壁16套结构成,第三观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第三结构框架17由两段组成,每段皆由内外两层套结而成,每段的内层分别与第三观察侧壁16相平对接,每段的外层的延伸部分同时连接固定第三观察侧壁16与每段的内层,这样就将两段的第三结构框架17和第三观察侧壁16连接起来了;圆盘装置9由刻度托盘23、电动转盘24以及转盘结构支架25构成,刻度托盘23由上、下两层组成,其上层与第三观察侧壁16的下表面相平,刻度转盘23与电动转盘24垂直方向上固定,电动转盘24可由市场购买,转盘结构支架25为垂直交叉支撑方式,通过卡口固定刻度托盘23和电动转盘24;开启观察门装置10由门板29,支撑杆30和锁扣31构成,门板29由透明板及结构框架固定组成,支撑杆30和锁扣31可由市场购买,支撑杆30为一副,分别安装固定在门板两侧,锁扣31为一副,分别安装在门板开启侧,调整至关闭时压紧状态;模拟测量装置11由感应器支架26,数据传输面包线27和电子控制块28构成,感应器支架26嵌于第三观察侧壁16上,两者为活动连接,可调节位置,感应器支架上排布固定感应器,感应器与数据传输面包线27连接,所述数据传输面包线27沿感应器支架26走线,通过设定的出线口走线至实验段腔壁3外,并与电子控制块28连接,电子控制块28固定于第三结构框架17靠近电动转盘一侧,这样就完成了模拟测量装置的连接;材料箱34由箱体35、箱体整流装置36及箱体支撑结构37构成,箱体支撑结构37活动固定在第三观察侧壁16内侧,不需要时可取出,箱体整流装置36嵌于箱体35中,箱体35可开启,放入需实验的材料固定;圆盘装置9通过转盘结构支架25和第三结构框架17连接固定,开启观察门装置10通过合页固定在第三结构框架17横向支撑上。
本发明中,扩散段的第四腔壁4由第四结构框架19和第四观察侧壁18套结构成,观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成,第四结构框架19由两段组成,每段皆有内外两层套结而成,内层分别于第四观察侧壁18相平对接,外层延伸的部分同时连接固定第四观察侧壁18与内层,这样就将两段的第四结构框架19和第四观察侧壁18连接起来了。
本发明中,风机段的第五腔壁5由第五结构框架21和第五观察侧壁20套接构成,观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成,第五结构框架21由内、外两层套接而成,其内层与第五观察侧壁20相平对接,外层延伸的部分同时连接固定第五观察侧壁20与第五结构框架的内层,这样就将第五结构框架21与第五观察侧壁20连接起来了;风机装置7由轴流风机32和风机固定支架33构成,轴流风机32可由市场购买,固定支架33通过卡口固定轴流风机32,并与第五观察侧壁20固定,固定支架33由结构框架与填充物构成,填充物包裹轴流风机32,减缓其振动;风扇段整流装置8分为两段,每段将风扇截面和腔壁内侧截面光滑连接,保证整个风机段的内侧腔壁为光滑流线曲面,风扇段整流装置内嵌固定在第五观察侧壁20。
本发明的工作过程如下:检查整个风洞各段腔壁的每条接缝的气密性,将侧壁的开启观察门装置10开启,将内设的模拟测量装置11各部分连接固定好,关闭观察门装置10,将锁扣锁紧,开启轴流风机32,等待一段时间,气流将会从稳定段入口进入,撞击感应器表面,电脑端将会有数据显示,观察数据组,当数据呈现稳定状态,关闭轴流风机32;开启观察门装置10,调整圆盘装置9中的刻度托盘23于零度方向,将模型放入安置在刻度托盘23中心位置上固定,计算所需实验角度,根据电动转盘24转速,设定转盘时间,开启电动转盘24,使其到达指定角度方向,关闭观察门装置10,将锁扣锁紧,开启轴流风机32,等待一段时间,观察电脑端数据组,如果数据不稳定,再次检查风洞气密性问题,如果数据稳定,即为所需模拟结果;开启观察门装置10,调整圆盘装置9中的刻度托盘23于零度方向,将所需实验的材料放入材料箱固定,将材料箱内嵌固定在圆盘装置9上方,第三观察侧壁16内,将材料箱34放入安置在刻度托盘23中心位置上固定,计算所需实验角度,根据电动转盘24转速,设定转盘时间,开启电动转盘24,使其到达指定角度方向,关闭观察门装置10,将锁扣锁紧,开启轴流风机32,等待一段时间,观察电脑端数据组,如果数据不稳定,再次检查风洞气密性问题,如果数据稳定,即为所需模拟结果。
本发明的有益效果在于:1.本发明使得整个风洞系统在保证完成实验所需精度的前提下,大大的减少了整体成本控制;2.本发明在控制实验所需精度的前提下,大大的减小了风洞实验所占体积,结构明晰,体积小,可根据功能分段拆卸搬运组装;3.本发明借助智能平台,实现了与建筑设计常用的建模模块无缝对接,将测量数据直接通过本发明直接运用到建模过程中,极大的解放了传统测量转化费力的束缚;4.本发明实现了在建筑设计初期阶段快速的得到及时反馈。
附图说明
图1为本发明的轴侧图。
图2为本发明的分段示意图。
图3为稳定段的结构图。
图4为收缩段的结构图。
图5为稳定段的结构图。
图6为扩散段的结构图。
图7为风机段的结构图。
图中标号:1为第一腔壁;2为第二腔壁;3为第三腔壁;4为第四腔壁;5为第五腔壁;6为稳定段整流装置;7为风机装置;8为风扇段整流装置;9为稳定段底部的圆盘装置;10为稳定段侧壁的观察门装置;11为稳定段内设的模拟测量装置;12为第一观察侧壁;13为第一结构框架;14为第二观察侧壁;15为第二结构框架;16为第三观察侧壁;17为第三结构框架;18为第四观察侧壁;19为第四结构框架;20为第五观察侧壁;21为第五结构框架;22为整流装置的金属丝网;23为圆盘装置的刻度托盘;24为圆盘装置的电动转盘;25为圆盘装置的转盘结构支架;26为模拟测量装置的感应器支架;27为模拟测量装置的数据传输面包线;28为模拟测量装置的电子控制块;29为观察门的门板;30为观察门的支撑杆;31为观察门的锁扣;32为风机段的轴流风机;33为风机段的风机固定支架;34为材料箱;35为材料箱的箱体;36为材料箱的箱体整流装置;37为材料箱的箱体支撑结构;38为整流装置的固定框架。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
根据附图所示,本发明的风洞研究装置,由稳定段1,收缩段2,实验段3,扩散段4以及风机段5组成。其中,稳定段由第一腔壁1和内嵌的整流装置6构成,收缩段由第二腔壁2构成,实验段由第三腔壁3,底部的圆盘装置9,侧壁的开启观察门装置10,材料箱34和内设的模拟测量装置11构成,扩散段由第四腔壁4构成,风机段由第五腔壁5,风机装置7和风扇段整流装置8。
稳定段的组成:第一观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成830mm×355mm×500mm的腔体,板材为5mm厚度,接缝通过硅胶内侧密封,第一结构框架为内外两层法兰盘,法兰盘突出部分截面尺寸为910mm×620mm,法兰盘突出部分与延伸部分通过75mm×50mm×45mm的直角三角构件抵角支撑,三角构件两条直角边留有螺丝孔径,通过螺丝M5.0×20mm分别于法兰盘突出部分与延伸部分固定,内层法兰盘与观察侧壁相平,外层法兰盘包覆内层法兰盘以及观察侧壁,通过M5.0×14mm的螺丝固定;固定框架38可从工坊加工,为铝合金压紧框架,金属丝网22为20目不锈钢丝网850mm×450mm三张,金属丝网22两侧放置铝合金框架38,张紧金属丝网后固定铝合金框架38,三层框架间距50mm放置,在观察侧壁的框架相应位置留有直径为5mm的孔洞,预拧M5.0×7mm的螺丝,当框架确定好位置后,拧紧固定螺丝,实验时,框架的晃动最大程度与侧壁分离。
收缩段的组成:第二观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成806mm×400mm|606mm×400mm|295mm的腔体,板材为5mm厚度,接缝通过硅胶内侧密封,第二结构框架为内外两层法兰盘,法兰盘突出部分截面尺寸为910mm×620mm|690mm×620mm,法兰盘突出部分与延伸部分通过75mm×50mm×45mm的直角三角构件抵角支撑,三角构件两条直角边留有螺丝孔径,通过螺丝M5.0×20mm分别于法兰盘突出部分与延伸部分固定,内层法兰盘与观察侧壁相平,外层法兰盘包覆内层法兰盘以及观察侧壁,通过M5.0×14mm的螺丝固定
实验段的组成:第三观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成606mm×400mm×900mm的腔体,板材为5mm厚度,接缝通过硅胶内侧密封,结构框架为内外两层法兰盘,法兰盘突出部分截面尺寸为690mm×620mm,法兰盘突出部分与延伸部分通过75mm×50mm×45mm的直角三角构件抵角支撑,三角构件两条直角边留有螺丝孔径,通过螺丝M5.0×20mm分别于法兰盘突出部分与延伸部分固定,内层法兰盘与第三观察侧壁相平,外层法兰盘包覆内层法兰盘以及观察侧壁,通过M5.0×14mm的螺丝固定;圆盘装置9的刻度托盘23由上层托盘直径450mm,与下层刻度盘直径650mm组成,上下层通过螺丝M5.0×20mm固定,第三观察侧壁下表面与扩展段一侧相切居中留有直径450mm的圆盘洞口,放置上层托盘,电动转盘24可由市场购买,直径350mm的电动负载转盘,与刻度托盘23通过螺丝固定,转盘结构支架25为垂直交叉支撑方式,由950mm×155mm×5mm和590mm×155mm×5mm的支撑板垂直交叉固定,通过37.5mm×37.5mm×15mm的直角三角构件抵角支撑,支撑板与电动转盘24为卡口固定;侧壁的开启观察门目的为了方便放置模型和观察实验,门板29由5mm透明板和结构框架通过M5.0×14mm的螺丝固定,门板尺寸为880mm×440mm,通过合页75mm×30mm固定在结构框架横向支撑上,支撑杆、合页以及锁扣可由市场购买,支撑杆和锁扣由购买时提供的配套螺丝固定在门板的结构框架和实验段的结构框架上;感应器支架26作用为放置感应器,感应器间距为72mm×62.5mm分布,感应器、数据传输面包线和电子控制块皆可由市场购买;箱体35为200mm×200mm×200mm的方体,与箱体支撑结构37由螺丝固定,在第三观察侧壁的框架相应位置留有直径为5mm的孔洞,预拧M5.0×7mm的螺丝,当箱体支撑构件确定好位置后,拧紧固定螺丝,实验时,框架的晃动最大程度与侧壁分离。
扩散段的组成:第四观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成580mm×430mm|580mm×600mm|320mm的腔体,板材为5mm厚度,接缝通过硅胶内侧密封,第四结构框架为内外两层法兰盘,法兰盘突出部分截面尺寸为690mm×620mm|690mm×730mm,法兰盘突出部分与延伸部分通过75mm×50mm×45mm的直角三角构件抵角支撑,三角构件两条直角边留有螺丝孔径,通过螺丝M5.0×20mm分别于法兰盘突出部分与延伸部分固定,内层法兰盘与观察侧壁相平,外层法兰盘包覆内层法兰盘以及观察侧壁,通过M5.0×14mm的螺丝固定
风机段的组成:第五观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成580mm×620mm×885mm的腔体,板材为5mm厚度,接缝通过硅胶内侧密封,第五结构框架为内外两层法兰盘,法兰盘突出部分截面尺寸为690mm×730mm,法兰盘突出部分与延伸部分通过75mm×50mm×45mm的直角三角构件抵角支撑,三角构件两条直角边留有螺丝孔径,通过螺丝M5.0×20mm分别于法兰盘突出部分与延伸部分固定,内层法兰盘与观察侧壁相平,外层法兰盘包覆内层法兰盘以及观察侧壁,通过M5.0×14mm的螺丝固定;风机装置7由轴流风机32和风机固定支架33构成,轴流风机由市场购买,型号为FZY-500,电压为220V,风机固定支架用四面侧板插接而成,支架立面为泡沫材料填充570mm×610mm×197mm,泡沫材料包裹轴流风机,减缓风机振动,泡沫材料嵌在风机凹槽内,卡住风机来固定,泡沫材料与观察侧壁通过卡口固定;风扇段整流装置8分为两段,两段长度分别为270mm和460mm,整流装置通过卡口与风机固定。
以上各种结构材料,观察侧壁为有机玻璃材料,其他结构支撑材料皆为木板。
Claims (6)
1.基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,由稳定段、收缩段、实验段、扩散段以及风机段依次连接组成,其特征在于:稳定段由第一腔壁(1)和嵌于第一腔壁(1)内的整流装置(6)构成的;收缩段由第二腔壁(2)构成,实验段由第三腔壁(3)、圆盘装置(9)、开启观察门装置(10)、模拟测量装置(11)和材料箱(34)组成,所述圆盘装置(9)位于第三腔壁(3)内底部,开启观察门装置(10)位于第三腔壁(3)侧壁,材料箱(34)和模拟测量装置(11)均位于第三腔壁(3)内,扩散段由第四腔壁(4)构成,风机段由第五腔壁(5)风机装置(7)和风扇段整流装置(8)构成。
2.根据权利要求1所述的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,其特征在于所述稳定段的第一腔壁(1)由第一结构框架(13)和第一观察侧壁(12)套接构成,第一观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第一结构框架(13)由内外两层套接而成,其内层与第一观察侧壁(12)相平对接,其外层延伸的部分同时连接固定第一观察侧壁(12)与第一结构框架的内层,这样就将第一结构框架(13)与第一观察侧壁(12)连接起来;整流装置(6)由三层相同的固定框架(38)和金属丝网(22)构成,金属丝网(22)张紧后由固定框架(38)从两侧压紧从而固定;整流装置(6)内嵌固定在第一观察侧壁(12)内通道。
3.根据权利要求1所述的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,其特征在于所述收缩段的第二腔壁(2)由第二结构框架(15)和第二观察侧壁(14)套结构成,第二观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第二结构框架(15)由两段组成,每段皆由内外两层套结而成,每段的内层分别与第二观察侧壁(14)相平对接,每段的外层的延伸部分同时连接固定第二观察侧壁(14)与每段的内层,这样就将两段的结构框架(15)和观察侧壁(14)连接起来。
4.根据权利要求1所述的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,其特征在于所述实验段的第三腔壁(3)由第三结构框架(17)和第三观察侧壁(16)套结构成,第三观察侧壁由四块透明板首尾通过凹凸交接方式插接组成,第三结构框架(17)由两段组成,每段皆由内外两层套结而成,每段的内层分别与第三观察侧壁(16)相平对接,每段的外层的延伸部分同时连接固定第三观察侧壁(16)与每段的内层,这样就将两段的第三结构框架(17)和第三观察侧壁(16)连接起来;圆盘装置(9)由刻度托盘(23)、电动转盘(24)以及转盘结构支架(25)构成,刻度托盘(23)由上、下两层组成,其上层与第三观察侧壁(16)的下表面相平,刻度转盘(23)与电动转盘(24)垂直方向上固定,电动转盘(24)可由市场购买,转盘结构支架(25)为垂直交叉支撑方式,通过卡口固定刻度托盘(23)和电动转盘(24);开启观察门装置(10)由门板(29),支撑杆(30)和锁扣(31)构成,门板(29)由透明板及结构框架固定组成,支撑杆(30)为一副,分别安装固定在门板两侧,锁扣(31)为一副,分别安装在门板开启侧,调整至关闭时压紧状态;模拟测量装置(11)由感应器支架(26),数据传输面包线(27)和电子控制块(28)构成,感应器支架(26)嵌于第三观察侧壁(16)上,两者为活动连接,可调节位置,感应器支架(26)上排布固定感应器,感应器与数据传输面包线(27)连接,所述数据传输面包线(27)沿感应器支架(26)走线,通过设定的出线口走线至实验段腔壁3外,并与电子控制块(28)连接,电子控制块(28)固定于第三结构框架(17)靠近电动转盘一侧,这样就完成了模拟测量装置的连接;材料箱(34)由箱体(35)、箱体整流装置(36)及箱体支撑结构(37)构成,箱体支撑结构(37)活动固定在第三观察侧壁(16)内侧,不需要时可取出,箱体整流装置(36)嵌于箱体(35)中,箱体(35)可开启,放入需实验的材料固定;圆盘装置(9)通过转盘结构支架(25)和第三结构框架(17)连接固定,开启观察门装置(10)通过合页固定在第三结构框架(17)横向支撑上。
5.根据权利要求1所述的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,其特征在于所述扩散段的第四腔壁(4)由第四结构框架(19)和第四观察侧壁(18)套结构成,观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成,第四结构框架(19)由两段组成,每段皆有内外两层套结而成,内层分别与第四观察侧壁(18)相平对接,外层延伸的部分同时连接固定第四观察侧壁(18)与内层,这样就将两段的第四结构框架(19)和第四观察侧壁(18)连接起来。
6.根据权利要求1所述的基于智能互动平台的城市高密度风环境模拟的风洞系统,其特征在于所述风机段的第五腔壁(5)由第五结构框架(21)和第五观察侧壁(20)套接构成,观察侧壁由四面透明板通过凹凸交接方式插接组成,第五结构框架(21)由内、外两层套接而成,其内层与第五观察侧壁(20)相平对接,外层延伸的部分同时连接固定第五观察侧壁(20)与第五结构框架的内层,这样就将第五结构框架(21)与第五观察侧壁(20)连接起来;风机装置(7)由轴流风机(32)和风机固定支架(33)构成,固定支架(33)通过卡口固定轴流风机(32),并与第五观察侧壁(20)固定,固定支架(33)由结构框架与填充物构成,填充物包裹轴流风机(32),减缓其振动;风扇段整流装置(8)分为两段,每段将风扇截面和腔壁内侧截面光滑连接,保证整个风机段的内侧腔壁为光滑流线曲面,风扇段整流装置内嵌固定在第五观察侧壁(20)。
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