CN109029901A - 一种下击暴流模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下击暴流模拟方法，将横向进气的气流通过导流片改变气流方向，所述导流片通过控制可以在垂直状态和水平状态之间不停的切换，当导流片处于垂直状态，横向的气流从纵向的下端吹出，当导流片处于水平状态，横向的气流从横向进气口的对端吹出；本发明使得整个模拟装置可以有大量的接触面与移动平台进行固定连接，减少在移动平台在移动过程中模拟装置发生摆动的风险，可以实现模拟装置在移动过程中进行模拟，增强了设备的安全性。

Description

一种下击暴流模拟方法

技术领域

本发明涉及气象模拟风洞试验领域，尤其涉及一种下击暴流模拟方法。

背景技术

下击暴流是一种常见的强对流特殊气象，是雷暴云中强烈下沉气流猛烈撞击地面并沿地表辐散流动造成的强低空风切变，其流场具有壁面射流的部分特征。下击暴流为雷暴天气中极具突发性和破坏性的一种强风；下击暴流发生时伴随着极强的下沉气流和低空风切变，对建筑、交通设施造成严重破坏，导致巨大的经济损失和人员伤亡事故。为了减轻下击暴流的危害，需要通过风洞模拟试验，研究不同实物模型在下击暴流环境中的风荷载特性。 目前采用的下击暴流物理（或实验）模拟方法均采用冲击射流模型为理论依据，一般为在垂直方向设置风机产生气流，然后将气流垂直向下吹出形成下击暴流。这种产生下沉气流的方式想达到较好的流场均匀性、出口风速、湍流度等一系列流场指标，需要装置有足够的有效长度和电机功率，即要同时增加装置高度和电机功率，工程建设及装置运行（模拟运动态的下击暴流）存在结构安全性问题。特别是在试验中如果风机启动且装置以较高速度运动以模拟运动态的下击暴流时，装置顶端的风机运行（振动带来的惯性力再加上模拟装置足够的高），在没有有效的固定支撑结构的情况下，高度太高的装置非常可能发生左右摆动。从而带来试验效果不准确并可能会带来严重的安全隐患，发生模拟装置掉落的可能。

现有的下击暴流模拟装置只能根据风机的转速产生固定速度气流，因为现有装置结构的局限，出口风速一般最大都只能控制在15m/s以下，再高的速度就会带来一定的安全隐患；而且这些气流都是匀速固定的，不能模拟突风的环境。

发明内容

本发明提供一种下击暴流模拟方法及其装置，在目前的技术基础上实现两个目的：首先解决目前模拟装置的安全问题；其次解决目前模拟装置不能实现突风模拟的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种下击暴流模拟方法，将横向进气的气流通过导流片改变气流方向，所述导流片通过控制可以在垂直状态和水平状态之间不停的切换，当导流片处于垂直状态，横向的气流从纵向的下端吹出，当导流片处于水平状态，横向的气流从横向进气口的对端吹出。

在上述技术方案中，实现该方法的装置包括一个横向气道和一个纵向气道，所述横向气道的一端设置有风机另一端设置有突风挡板，所述风机与突风挡板之间设置有纵向气道且与横向气道垂直连通，所述导流片设置在横向气道中与纵向气道交汇处。

在上述技术方案中，包括若干所述的导流片，每一块导流片均固定连接到连接杆上，通过连接杆驱动每一块导流片同步转动。

在上述技术方案中，所述导流片为圆弧形的。

在上述技术方案中，所述连接杆倾斜设置在横向气道内，当连接杆带动导流片处于垂直状态时，相邻两块导流片之间相隔一段距离。

在上述技术方案中，包括若干所述的突风挡板，所述每块突风挡板固定连接到连接杆上，通过连接杆驱动每一块突风挡板同步转动。

在上述技术方案中，导流片与突风挡板同步转动。

在上述技术方案中，所述横向气道与纵向气道构成一个T形结构，T形中的横向气道沿着其轴线连接在支撑框架上。

在上述技术方案中，所述支撑框架与横向气道之间设置有移动平台，所述横向气道固定在移动平台上，移动平台在支撑架上通过电机驱动可以在水平平面内进行两自由度移动。

在上述技术方案中，所述支撑框架上设置有液压缓冲器，用于对移动中的移动平台刹车过程中意外撞击进行缓冲减速。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用T形结构，通过与T形结构的一个边进行连接，使得整个模拟装置可以有大量的接触面与移动平台进行固定连接，减少在移动平台在移动过程中模拟装置发生摆动的风险，可以实现模拟装置在移动过程中进行模拟，增强了设备的安全性；

因为采用了T形结构的设计，使得模拟装置避免了摆动的风险，因此对于移动而言可以提高其移动速度，而在支撑框架上设置有液压缓冲器（液压制动器刹车，液压缓冲器只是最后手段），则使得移动速度可以尽量的提高，可以有更大的参数范围进行试验；

本发明采用的T形结构和导流片结构，使得从传统的只能提供稳定气流变为现在既可以提供稳定气流也可以提供突风气流，扩大了试验范围。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是模拟装置的结构示意图；

图2是图1的立体结构半剖示意图；

图3是本发明的试验结构示意图；

其中：1是风扇，2是横向气道，3是纵向气道，4是导流片，5是移动平台，6是突风挡板，7是支撑框架，8是液压缓冲器，9是传动系统，10是下击流模拟段。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例一

如图3所示，是本发明的一个实施结构示意图，主要包括：下击流模拟段、移动平台、支撑框架、皮带传动系统、试验平台、相关电气控制系统。

支撑框架为全钢结构，包括：立柱、横梁、轨道梁；立柱、横梁均为300方钢，立柱根部埋于钢筋混凝土基座中，轨道梁采用300工字钢；皮带传动系统安装于支撑框架上，包括：皮带输送机、皮带。所述移动平台与所述支撑框架连接，包括：工字钢、轮毂件。通过电动滚筒带动钢丝皮带实现平台X向移动，最大速度为2m/s以上。平台前端安装有横向位置调节电动滚珠丝杆副，丝杆可带动下击流模拟段作Y向慢速运动，最大速度0.1m/s。

试验平台安装于所述下击流模拟段出口下方，既是放置试验模型部件，也是实现下击暴流模拟不可缺少的部件。平台两端安装吊耳，可通过两组固定在移动平台两侧800kg电动葫芦使平台悬空到一定高度，再配合平台前后两边的螺纹支撑杆精确定位，从而改变模型和喷口间距离，即实现喷口相对模型安装平面高度的调节。

如图1和图2所示，下击流模拟段包括两部分，一部分为水平设置的横向气道，并且在横向气道的一端上固定连接有风扇，整个风扇和横向气道均为水平固定连接到移动平台上。这种水平设置的好处就在于：可以加大电机功率，提高模拟风速，理论设计并通过工程验证的风速可以达到50m/s，并且便于实现高风速下水平快速移动，以模拟下击暴流产生、发展、消逝的全过程。

下击流模拟段还包括有一部分是纵向的气道，纵向气道与横向气道是连通的，在横向气道与纵向气道连通的地方为气流转向的区域，因此在此处设置有导流片，导流片为圆弧形的，通过控制使得导流片可以在水平状态和垂直状态两个状态之间转换。为了导流效果明显，采用若干块导流片，每块导流片均通过一根连接杆连接，通过控制连接杆带动导流片进行转动。在横向气道的另一端为出气端，在端部上设置有若干个突风挡片，每个突风挡板均固定连接到连接杆上，通过连接杆的联动带动突风挡片在水平状态和垂直状态之间进行切换。而突风挡片与导流片是一起联动的，也就是说通过电机带动连接杆使得突风挡片与导流片同步转动。当突风挡片与导流片均为水平状态时，横向气道的出气端就打开，而另一端的风机产生的气流就通过导流片从突风挡板处吹出。当突风挡片与导流片处于垂直状态时，横向气道的出气端就处于关闭状态，而两块导流片之间就会形成一个向下的通道，使得风机产生的气流在这个位置进行转向，从而使得气流从纵向气道的喷气口喷出。为了使得气流转向效果良好，连接杆倾斜设置，使得导流片成台阶状连接在连接杆上，当其处于垂直状态时，就会有明显的向下的通道进行气流的转向通过控制连接杆运动的时间，使得导流片在水平状态与垂直状态之间进行循环工作，实现冲击周期最短为1.0s的下击突风模拟。

在本方案的设计中，整个模拟装置在移动机构的带动下是可以沿着支撑框架水平移动的，且在移动过程中进行突风模拟。而对于移动机构的运动速度设计是可以达到2m/s以上的，为了使得模拟装置能正常的停车，因此在支撑框架上设置有液压缓冲器，减小模拟装置的冲击力。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种下击暴流模拟方法，其特征在于将横向进气的气流通过导流片改变气流方向，所述导流片通过控制可以在垂直状态和水平状态之间不停的切换，当导流片处于垂直状态，横向的气流从纵向的下端吹出，当导流片处于水平状态，横向的气流从横向进气口的对端吹出。

2.根据权利要求1所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于实现该方法的装置包括一个横向气道和一个纵向气道，所述横向气道的一端设置有风机另一端设置有突风挡板，所述风机与突风挡板之间设置有纵向气道且与横向气道垂直连通，所述导流片设置在横向气道中与纵向气道交汇处。

3.根据权利要求2所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于包括若干所述的导流片，每一块导流片均固定连接到连接杆上，通过连接杆驱动每一块导流片同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于所述导流片为圆弧形的。

5.根据权利要求3所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于所述连接杆倾斜设置在横向气道内，当连接杆带动导流片处于垂直状态时，相邻两块导流片之间相隔一段距离。

6.根据权利要求2所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于包括若干所述的突风挡板，所述每块突风挡板固定连接到连接杆上，通过连接杆驱动每一块突风挡板同步转动。

7.根据权利要求3或6所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于导流片与突风挡板同步转动。

8.根据权利要求2所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于所述横向气道与纵向气道构成一个T形结构，T形中的横向气道沿着其轴线连接在支撑框架上。

9.根据权利要求8所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于所述支撑框架与横向气道之间设置有移动平台，所述横向气道固定在移动平台上，移动平台在支撑架上通过电机驱动可以在水平平面内进行两自由度移动。

10.根据权利要求9所述的一种下击暴流模拟方法，其特征在于所述支撑框架上设置有液压缓冲器，用于对移动中的移动平台刹车过程中意外撞击进行缓冲减速。