CN110296810A - 一种下击暴流尾流段风场模拟装置 - Google Patents

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晏致涛
钟永力
孙毅
刘欣鹏
王灵芝
赵爽
杨小刚
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/08—Aerodynamic models

Abstract

本发明公开了一种下击暴流尾流段风场模拟装置，本发明能够模拟下击暴流尾流段风场，且实现了下击暴流较大几何缩尺比风场的模拟。一种下击暴流尾流段风场模拟装置，包括边界层风洞、壁面射流风道、混流式风机，所述边界层风洞的底壁设有让位口，所述壁面射流风道安装在所述让位口处，所述壁面射流风道呈C型，所述壁面射流风道下部侧端的进风口安装所述混流式风机，所述壁面射流风道上部侧端的出风口位于边界层风洞内，出风口的朝向与边界层风洞的出风方向相同，用于模拟下击暴流尾流段风场。

Description

一种下击暴流尾流段风场模拟装置
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，特别涉及一种下击暴流尾流段风场模拟装置。
背景技术
下击暴流是一种在雷暴天气中由强下沉气流猛烈冲击地面形成并经由地表传播的近地面短时破坏性强风。现有80％以上与天气有关的输电塔结构的倒塌是由雷暴天气的下击暴流等强风所致。为了预防下击暴流对结构物的破坏，需要进行风洞试验，研究结构物模型在下击暴流风场中的风荷载特性。
目前下击暴流风场模拟装置采用安装在一定高度处的风机产生垂直地面的冲击射流，要求风机喷口段与竖向高度保持一定的比例，因此大比例的风洞试验要求较大的风机喷口段以及较高的风洞实验室高度；同时实际下击暴流时常伴随平动，要快速移动一个固定与半空中的风机是非常困难。下击暴流风场理论及大比例尺的输电塔气动弹性模型风洞试验研究已经严重落后于工程实践。目前对下击暴流作用下输电塔线体系的研究集中于冲击中心，而从概率角度上，由于下击暴流中心面积较小，其导致输电塔线体系破坏的概率也小得多；同时下击暴流的尾流出口区域的面积较冲击中心大得多，对于输电线路，其破坏的大概率一般位于下击暴流的尾流出口区域，而不是冲击中心，并且下击暴流的尾流段的风速剖面符合典型的壁面射流特征。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种下击暴流尾流段风场模拟装置，本发明能够模拟下击暴流尾流段风场，且实现了下击暴流较大几何缩尺比风场的模拟。
本发明的目的是这样实现的：
一种下击暴流尾流段风场模拟装置，包括边界层风洞、壁面射流风道、混流式风机，所述边界层风洞的底壁设有让位口，所述壁面射流风道安装在所述让位口处，所述壁面射流风道呈C型，所述壁面射流风道下部侧端的进风口安装所述混流式风机，所述壁面射流风道上部侧端的出风口位于边界层风洞内，出风口的朝向与边界层风洞的出风方向相同，用于模拟下击暴流尾流段风场。
优选地，所述壁面射流风道包括沿出风方向依次设置的稳流段、回转收缩段以及喷口段，其中，稳流段、喷口段的口径均匀，且相互平行，喷口段的宽度与边界层风洞宽度相等，稳流段的口径大于喷口段的口径，所述回转收缩段的口径沿出风方向逐渐收缩，且弯曲成C型。
优选地，所述回转收缩段的收缩曲线采用对数螺旋线。
优选地，所述壁面射流风道的喷口段设有阀门控制风量大小，用于产生突变气流模拟下击暴流产生的近地面瞬时突变强风。
优选地，所述阀门采用气动阀门，气动阀门由调节气缸驱动，气动阀门的进气管道上设有节流阀以控制调节气缸的运动速度，用于调节阀门的开闭时长。
优选地，所述混流式风机通过变频器调节风速，用于模拟不同强度的下击暴流尾流段风场。
优选地，所述壁面射流风道的下端设有升降装置，用于控制壁面射流风道升降，使壁面射流风道的出风口伸入/退出边界层风洞，所述边界层风洞底壁的让位口处设有可开关的门。
优选地，所述升降装置包括多个千斤顶，各千斤顶分别通过支架与壁面射流风道连接，并支撑于地面。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1.能够模拟下击暴流尾流段风场，且能够调节风力、风力，以及模拟不同下击暴流平移速度对下击暴流尾流强风的增大效应；
2.能够模拟下击暴流产生的近地面瞬时突变强风；
3.对风机喷口段以及风洞实验室的高度要求较低，实现了下击暴流较大几何缩尺比风场的模拟。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为壁面射流风道的结构示意图。
附图1标记
附图1中，1、千斤顶；2、混流式风机；3、稳流段；4、回转收缩段；5、喷口段；6、气动阀门；7、可开关的门；8、边界层风洞；9、过渡段；10、导流片。
具体实施方式
参见图1、图2，一种下击暴流尾流段风场模拟装置，包括边界层风洞、壁面射流风道、混流式风机，所述边界层风洞的底壁设有让位口，所述壁面射流风道安装在所述让位口处，所述壁面射流风道呈C型，所述壁面射流风道下部侧端的进风口安装所述混流式风机，所述混流式风机通过变频器调节风速，用于模拟不同强度的下击暴流尾流段风场。所述壁面射流风道上部侧端的出风口位于边界层风洞内，出风口的朝向与边界层风洞的出风方向相同，用于模拟下击暴流尾流段风场。
所述壁面射流风道的下端设有升降装置，用于控制壁面射流风道升降(垂直方向行程不小于100mm)，使壁面射流风道的出风口伸入/退出边界层风洞，所述边界层风洞底壁的让位口处设有可开关的门。无需模拟下击暴流尾流段风场时，可以通过升降装置将壁面射流风道的出风口退出边界层风洞，并关上门，不影响边界层风洞的正常使用。所述升降装置包括4台千斤顶，各千斤顶分别通过槽钢支架与壁面射流风道连接，并支撑于地面。为确保升降定位及运转过程中的稳定性，需设有不小于4套定位导正销。
所述壁面射流风道包括沿出风方向依次设置的稳流段、回转收缩段以及喷口段，其中，稳流段、喷口段的口径均匀，且相互平行，喷口段的宽度与边界层风洞宽度相等。稳流段的口径大于喷口段的口径，所述回转收缩段的口径沿出风方向逐渐收缩，且弯曲成C型。所述回转收缩段的收缩曲线采用对数螺旋线。所述壁面射流风道的喷口段设有阀门控制风量大小，用于产生突变气流模拟下击暴流产生的近地面瞬时突变强风；参见图2，所述稳流段的进风端设有W型风道作为过渡段，过渡段的大径端与稳流段连通，过渡段的小径端连通混流式风机的出风端。
所述阀门采用气动阀门，气动阀门位于喷口段中部，气动阀门由调节气缸驱动，气动阀门的进气管道上设有节流阀以控制调节气缸的运动速度，用于调节阀门的开闭时长。
一种下击暴流尾流段风场模拟方法：
通过千斤顶控制壁面射流风道升降，当喷口段底部垂直移动至与边界层风洞底部齐平，可以实现下击暴流尾流段风场模拟；
通过变频器调节风速，模拟不同下击暴流冲击地面产生的水平强风大小；
通过喷口段气动阀门的开关控制风量大小，产生突变气流模拟下击暴流产生的近地面瞬时突变强风，当阀门的开口缩小时，壁面射流风道内的气压升高，阀门开口再增大时，则产生瞬时突变强风；
壁面射流的出流方向与边界层风洞风向一致，在喷口段喷射气体的同时，边界层风洞同时运行并产生弱均匀流，对壁面射流产生增大效应，从而模拟下击暴流平移对其产生的近地面水平强风的增大效应。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：包括边界层风洞、壁面射流风道、混流式风机，所述边界层风洞的底壁设有让位口，所述壁面射流风道安装在所述让位口处，所述壁面射流风道呈C型，所述壁面射流风道下部侧端的进风口安装所述混流式风机，所述壁面射流风道上部侧端的出风口位于边界层风洞内，出风口的朝向与边界层风洞的出风方向相同，用于模拟下击暴流尾流段风场。
2.根据权利要求1所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述壁面射流风道包括沿出风方向依次设置的稳流段、回转收缩段以及喷口段，其中，稳流段、喷口段的口径均匀，且相互平行，喷口段的宽度与边界层风洞宽度相等，稳流段的口径大于喷口段的口径，所述回转收缩段的口径沿出风方向逐渐收缩，且弯曲成C型。
3.根据权利要求2所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述回转收缩段的收缩曲线采用对数螺旋线。
4.根据权利要求2所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述壁面射流风道的喷口段设有阀门控制风量大小，用于产生突变气流模拟下击暴流产生的近地面瞬时突变强风。
5.根据权利要求4所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述阀门采用气动阀门，气动阀门由调节气缸驱动，气动阀门的进气管道上设有节流阀以控制调节气缸的运动速度，用于调节阀门的开闭时长。
6.根据权利要求1所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述混流式风机通过变频器调节风速，用于模拟不同强度的下击暴流尾流段风场。
7.根据权利要求1所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述壁面射流风道的下端设有升降装置，用于控制壁面射流风道升降，使壁面射流风道的出风口伸入/退出边界层风洞，所述边界层风洞底壁的让位口处设有可开关的门。
8.根据权利要求7所述的一种下击暴流尾流段风场模拟装置，其特征在于：所述升降装置包括多个千斤顶，各千斤顶分别通过支架与壁面射流风道连接，并支撑于地面。
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