CN108225721B - 一种风洞实验测参考风速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风洞实验测参考风速的方法。该方法包括以下步骤：(1)设置好所需来流风场类型，(2)在距目标建筑模型迎风面较远位置P1测点设置第一测风速装置，在目标建筑模型迎风面屋顶位置P2测点设置第二测风速装置，(3)撤去所有建筑模型，测量P1测点和P2测点的多组顺风向平均风速V、U，获得V与U之间的关系式，(4)在风洞转盘上放目标建筑模型与周边建筑模型，且目标建筑模型的楼顶迎风面位置对应P2测点的位置，并撤去P2测点的第二测风速装置，(5)由P1测点的风速计算求得目标建筑模型的参考风速。本发明的参考风速不会受周边干扰的影响，测定方法简单、便捷，不会对实验操作带来诸多不便，具有通用性，可适用于不同建筑群体。

Description

一种风洞实验测参考风速的方法
技术领域
本发明涉及风洞实验领域，特别是涉及一种风洞实验测参考风速的方法。
背景技术
风洞实验被广泛用于建筑设计等工程实践活动。在风洞实验过程中，参考风速的测定是一个重要的环节。如，在进行测压和测力天平试验时，实验得到的风压和建筑基底力/力矩值都要通过参考风速实现无量纲化，进而得到适于工程实践的风载荷系数结果。
参考风速定义为被测建筑等高处但不受被测体及周边建筑干扰影响的平均风速。在实际试验过程中，往往将风速计固定在被测建筑斜前方不受建筑干扰影响的且与目标建筑等高的位置，为了避免所选定的测量点位置处可能受到被测建筑或周围建筑的干扰影响，只能将测量点选在远离被测建筑及其周边建筑的位置。然而，由于风洞体内静压梯度的存在，风场在等高面的分布并不是均匀的。因此用远离被测体位置处测到的风速作为参考风速也会带来较大试验误差，并且，参考风速的测定位置需要针对每次测试模型的具体情况进行相应调整；即使对于同一测试模型，不同角度工况下，测点位置都有可能需要调整。这给测试环节带来诸多不便。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种易于实际操作且测定准确的风洞实验测参考风速的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的风洞实验测参考风速的方法，包括如下步骤：
(1)选择实验所需的风场，在风洞中选取两个测风速点P1测点和P2测点，其中所述P1测点位于距目标建筑模型迎风面较远的位置，所述P2测点对应目标建筑模型迎风面楼顶的位置，只在所述风洞内设置第一测风速装置和第二测风速装置，不在所述风洞内放置目标建筑模型和周边建筑模型，并且所述第一测风速装置的测试孔对应在所述P1测点处，所述第二测风速装置的测试孔对应在所述P2测点处，选择实验所需的风场，并只改变来流风速，通过所述P1测点上设置的第一测风速装置获得所述P1测点的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn，通过所述P2测点上设置的第二测风速装置获得所述P2测点在与所述P1测点相同来流风速情况下的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un；
(2)根据所述P1测点上的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn和所述P2测点上的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un，获取所述P1测点的顺风向平均风速V和所述P2测点的顺风向平均风速U之间的关系式；
(3)在步骤(1)相同的风场下，移除所述第二测风速装置，将所述目标建筑模型与周边建筑模型放置在所述风洞转盘上，且所述目标建筑模型的楼顶迎风面位置对应所述P2测点,启动所述风洞，并通过所述第一测风速装置测量所述P1测点处的风速；
(4)根据步骤(3)中所获得的P1测点处的风速，并根据步骤(2)中所获得的关系式，计算得到所述P2测点的参考风速。
进一步的，所述步骤(2)包括对步骤(1)得到的各组所述P1测点的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn和所述P2测点的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un作散点图，并根据所述散点图作趋势线，以及根据所述趋势线求回归线方程得到关系式。
可选的，通过求所述关系式与所述P1测点和所述P2测点的顺风向平均风速间的关系的拟合度来检验所述关系式。
进一步的，在所述步骤(1)中，所述P1测点在每一来流风速下均通过所述第一测风速装置测量多个顺风向风速，然后对该多个顺风向风速通过求平均数公式计算获得每一来流风速下的P1测点处的顺风向平均风速；所述P2测点在每一来流风速情况下均通过所述第二测风速装置测量多个顺风向风速，然后对该多个顺风向风速通过求平均数公式计算获得每一来流风速下的顺风向平均风速。
进一步的，所述P1测点的顺风向平均风速V和所述P2测点的顺风向平均风速U之间的关系式为线性关系式U＝k×V，其中，k为系数。
可选的，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置均为皮托管或眼镜蛇风速仪或热线风速仪。
可选的，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置均连接在所述风洞顶部的内壁上。
进一步的，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置的高度可调节。
本发明的有益效果如下：
1、本发明根据未放目标建筑模型与周边建筑模型时P1测点的顺风向平均风速和P2测点的顺风向平均风速之间的关系式，再在风洞转盘上放置目标建筑模型与周边建筑模型并移走第二测风速装置，由P1测点的风速根据上述关系式来求得位于P2测点的目标的参考风速，本发明测得的参考风速是由计算得出的，将不会受到周边干扰的影响，且测定方法简单、便捷，不会对实验操作带来诸多不便，并且具有通用性，可以适用于不同建筑群体的情况。
2、P1测点的顺风向平均风速和P2测点的顺风向平均风速之间的关系式是通过散点图和趋势线求得的回归线方程，且通过拟合度进行检验，准确度极高。
附图说明
图1为未放待测建筑模型的风洞实验的示意图。
图2为放置待测建筑模型的风洞实验的示意图。
图3为本发明实施例的散点图。
其中，1、风洞；2、第一测风速装置；3、第二测风速装置；4目标建筑模型；5、周边建筑模型；6、风洞转盘；7、P1测点；8、P2测点；9、来流风场。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2，本实施例的风洞实验测参考风速的方法包括如下步骤：
(1)在风洞1中选取两个测风速点P1测点7和P2测点8，P2测点7的位置对应目标建筑模型的楼顶迎风面位置，首先只放入第一测风速仪2和第二测风速仪3，暂不放入所述目标建筑模型4与周边建筑模型5，且第一测风速仪2的测试孔对应P1测点7，第二测风速仪3的测试孔对应P2测点8，具体的，本实施例的P2测点8的位置对应目标建筑模型4的楼顶位置，P2测点8位于风洞转盘6中心的正上方且距风洞1的底面1米高位置处，P1测点7位于风洞转盘6中心的正前方4米且距风洞1的底面1.7米高的位置处，P1测点7设置有第一测风速装置2，P2测点8设置有第二测风速装置3，第一测风速装置2和第二测风速装置3均连接在风洞1顶部的内壁上，且第一测风速装置2和第二测风速装置3的高度可调节，本实施例的第一测风速装置2和第二测风速装置3均为皮托管，第一测风速装置2和第二测风速装置3的全压孔对准来流方向；
启动风洞1，选择国标建筑结构风荷载规范《GB 50009-2012》中规定B地貌对应的风场9，通过第一测风速装置2测定一组P1测点7在同一来流风速情况下的多个顺风向风速并通过求平均数公式求该组的顺风向平均风速，只改变来流风速，本实施例从来流风速为零开始测定十组P1测点7在不同来流风速情况下的顺风向平均风速V1、V2、V3…V10，同理，通过第二测风速装置3测定P2测点8在与P1测点7相同来流风速情况下的顺风向风速并求每组的顺风向平均风速U1、U2、U3…U10；
(2)根据所述P1测点7上的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn和所述P2测点上的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un，获取所述P1测点7的顺风向平均风速V和所述P2测点的顺风向平均风速U之间的关系式,本实施的关系式为线性关系式U＝k×V，其中，k＝0.558，即U＝0.558×V；
(3)移除所述第二测风速装置3，将周边建筑模型5和目标建筑模型4放置在所述风洞转盘6，且所述建筑模型4的楼顶迎风面对应所述P2测点8，启动所述风洞1，选择与步骤(1)相同的风场条件9，并通过所述第一测风速装置2测量所述P1测点7处的风速；
(4)根据步骤(3)中所获得的P1测点7处的风速，并根据步骤(2)中所获得的关系式U＝0.558×V，计算得到所述P2测点8的参考风速。
此外，参见图3，根据上述步骤(2)所得的P1测点7在不同来流风速情况下的顺风向平均风速V1、V2、V3…V10以及P2测点8的顺风向平均风速U1、U2、U3…U10，做散点图，根据散点图作趋势线，可得趋势线近似一条直线，根据该趋势线求回归线方程，可知在相同来流风速情况下，P1测点7的顺风向平均风速和P2测点8的顺风向平均风速呈线性关系，即U＝k×V，并求得k＝0.558，并且通过求拟合度，可得拟合度为0.9995，可见，本方法通过P2测点8的风速求得的P1测点7的参考风速准确度极高。
应当指出的是，在不同风洞或不同来流风场条件下，k的值未必相同。
综上，本发明实施例通过在将目标建筑模型与周边建筑模型放入风洞前，在目标建筑模型的楼顶迎风面位置P2测点8设置第二测风速装置，同时在另一位置P1测点7设置第一测风速装置，测量P1测点7和P2测点8只改变来流风速情况下的多组顺风向平均风速V、U，再分别求得二者的平均风速，根据关系式U＝k×V求的k的值，然后将将目标建筑建筑模型与周边建筑模型放于风动转盘上，且目标建筑模型的楼顶迎风面对应P2测点8位置，根据P1测点7的风速即可求得待测建筑模型的参考风速。本发明实施例获得的目标建筑模型的参考风速是由计算得出的，将不会受到周边建筑模型干扰的影响，测定方法简单、便捷，不会对实验操作带来诸多不便，并且可以适用于不同建筑群体的情况。
应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)选择实验所需的风场，在风洞中选取两个测风速点P1测点和P2测点，其中所述P1测点位于距目标建筑模型迎风面较远的位置，所述P2测点对应目标建筑模型迎风面楼顶的位置，只在所述风洞内设置第一测风速装置和第二测风速装置，不在所述风洞内放置目标建筑模型和周边建筑模型，并且所述第一测风速装置的测试孔对应在所述P1测点处，所述第二测风速装置的测试孔对应在所述P2测点处，通过所述P1测点上设置的第一测风速装置获得所述P1测点的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn，通过所述P2测点上设置的第二测风速装置获得所述P2测点在与所述P1测点相同来流风速情况下的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un；
(2)根据所述P1测点上的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn和所述P2测点上的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un，获取所述P1测点的顺风向平均风速V和所述P2测点的顺风向平均风速U之间的关系式；
(3)在步骤(1)相同的风场下，移除所述第二测风速装置，将所述目标建筑模型与周边建筑模型放置在所述风洞转盘上，且所述目标建筑模型的楼顶迎风面位置对应所述P2测点,启动所述风洞，并通过所述第一测风速装置测量所述P1测点处的风速；
(4)根据步骤(3)中所获得的P1测点处的风速，并根据步骤(2)中所获得的关系式，计算得到所述P2测点的参考风速。
2.如权利要求1所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括对步骤(1)得到的各组所述P1测点的顺风向平均风速V1、V2、V3…Vn和所述P2测点的顺风向平均风速U1、U2、U3…Un作散点图，并根据所述散点图作趋势线，以及根据所述趋势线求回归线方程得到关系式。
3.如权利要求2所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，通过求所述关系式与所述P1测点和所述P2测点的顺风向平均风速间的关系的拟合度来检验所述关系式。
4.如权利要求1所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述P1测点在每一来流风速下均通过所述第一测风速装置测量多个顺风向风速，然后对该多个顺风向风速通过求平均数公式计算获得每一来流风速下的P1测点处的顺风向平均风速；所述P2测点在每一来流风速情况下均通过所述第二测风速装置测量多个顺风向风速，然后对该多个顺风向风速通过求平均数公式计算获得每一来流风速下的顺风向平均风速。
5.如权利要求1所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，在所述步骤(1)与所述步骤(3)的风场条件是相同的。
6.如权利要求1所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述P1测点的顺风向平均风速V和所述P2测点的顺风向平均风速U之间的关系式为线性关系式U＝k×V，其中，k为系数。
7.如权利要求1所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置均为皮托管或眼镜蛇风速仪或热线风速仪。
8.如权利要求6所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置均连接在所述风洞顶部的内壁上。
9.如权利要求7所述的风洞实验测参考风速的方法，其特征在于，所述第一测风速装置和所述第二测风速装置的高度可调节。
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