CN112504620B - 基于驱动控制的均匀湍流场发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，包括格栅组件，所述格栅组件横向、竖向交错布置形成格栅，所述格栅组件包括导轨、支座和栅条，所述导轨有两条并分别位于所述栅条的两端，所述栅条的两端分别与两个独立的支座固定连接，所述支座安装于所述导轨上。本发明的有益效果是：首先，运用基于驱动控制的格栅，可以模拟出均匀性强且截面范围广的均匀湍流场，用于较大型模型的试验，充分提高风场调试时风洞截面的利用率。其次，格栅的远程自动化控制功能可节省人力更换栅条尺寸、调整栅条间距的时间，极大地提高了风场调试的效率。最后，栅条尺寸和间距的连续可调能够模拟出更为精确的湍流风场，以满足高精度风洞试验的需要。

Description

基于驱动控制的均匀湍流场发生装置
技术领域
本发明涉及均匀湍流场发生装置，尤其涉及一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置。
背景技术
大气边界层模拟对研究建筑物的风荷载、大气污染物扩散以及环境科学、甚至军事科学方面都具有非常重要的意义，其模拟方法也受到了广泛的关注和研究。现有的模拟方法大致可以分为两类：主动模拟方法和被动模拟方法。主动模拟方法的基本原理是利用可控主动扰动装置干扰风洞内的主气流，通过向湍流提供额外的能量，使平均风向和湍流度在一定范围内独立变化，从而模拟大气边界层。主动模拟包括可控制的运动机构，如振动栅格、变频调速风扇阵列等。主动模拟法能够较好地模拟平均风场和湍流度，但由于技术要求高、成本较大等原因，未能推广应用。被动模拟方法的基本原理是利用一种特殊装置对风场进行不同程度的堵塞，使风速出现剪切层，将部分动能转换成湍流脉动动能，从而模拟大气边界层流场。被动模拟中，常用的方法有涡流发生器、挡板和粗糙元法。通过对各种风洞大气边界层的模拟结果表明，该方法已基本能够模拟出实际大气边界层的平均风速剖面，但对湍流度剖面的模拟往往不够准确，尤其是对城市高层建筑、高耸细长结构等大气边界层的模拟，经常会出现边界层上部湍流度过小及下部湍流度过大的现象，从而导致测试结果的偏差。因此，边界层湍流度模拟一直是风洞模拟研究的热点问题。
风洞试验中，等间距格栅能够在风场中产生均匀湍流，特别是在桥梁结构风洞试验中，能够模拟局部较为均匀的湍流强度和积分尺度流场显得尤为重要。故常采用格栅模拟的风场来研究均匀湍流风场下结构风效应规律与作用机理。格栅湍流风场在经过一段距离的发展后逐渐趋于均匀，并能通过调整格栅的尺寸和位置，获得不同的湍流强度和湍流积分尺度。
现有格栅主要的问题表现在：1、传统格栅装置模拟出的风速和湍流剖面在底部、顶部及边部附近受风洞壁面影响较大，风场整体均匀性较差，与目标剖面存在较大的差别，风洞截面利用率较低。2、传统等距格栅装置虽然可以进行均匀湍流场的模拟，但在手动调整栅条尺寸及间距时,安装与拆卸的步骤极为繁琐，导致风场调试效率低下，故模拟满足要求的风场需耗费大量时间成本和人力成本。3、在调整格栅尺寸时，只能根据已制作完成的栅条进行调整，不能进行尺寸和间距的连续调节，故难以模拟出高精度、高质量的风场。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置。
本发明提供了一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，包括格栅组件，所述格栅组件横向、竖向交错布置形成格栅，所述格栅组件包括导轨、支座和栅条，所述导轨有两条并分别位于所述栅条的两端，所述导轨上安装有至少两个独立的所述支座，所述栅条的两端分别与两个独立的支座固定连接，所述支座安装于所述导轨上，所述栅条为宽度可调整栅条。
作为本发明的进一步改进，所述栅条包括第一槽型部件、第二槽形部件和伸缩装置，所述伸缩装置的两端分别与所述第一槽型部件、第二槽形部件连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一槽型部件、第二槽形部件之间围合形成空腔，所述伸缩装置安装在所述空腔之内。
作为本发明的进一步改进，所述第一槽型部件、第二槽形部件构成了移动副。
作为本发明的进一步改进，所述第一槽型部件的端部设有导孔，所述第二槽形部件的端部设有导柱，所述导柱设置在所述导孔之内。
作为本发明的进一步改进，所述伸缩装置的固定端与所述第二槽形部件连接，所述伸缩装置的伸缩端与所述第一槽型部件连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一槽型部件通过滚珠轴承与所述支座连接，所述第二槽形部件与所述支座固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述第二槽形部件通过螺栓、固定块与所述支座固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述支座连接有驱动装置。
作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括驱动器、丝杆和安装在所述丝杆上的丝杆螺母，所述驱动器与所述丝杆连接，所述丝杆螺母与所述支座连接。
本发明的有益效果是：首先，运用基于驱动控制的格栅，可以模拟出均匀性强且截面范围广的均匀湍流场，用于较大型模型的试验，充分提高风场调试时风洞截面的利用率。其次，格栅的远程自动化控制功能可节省人力更换栅条尺寸、调整栅条间距的时间，极大地提高了风场调试的效率。最后，栅条尺寸和间距的连续可调能够模拟出更为精确的湍流风场，以满足高精度风洞试验的需要。
附图说明
图1是本发明一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置的示意图。
图2是本发明一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置的栅条的宽度调整变化图。
图3是本发明一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置的单个节段的立体示意图。
图4是本发明一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置的栅条的安装示意图。
图5是本发明一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
风洞试验是风工程领域中的主要研究手段，用大气边界层风洞的模拟实验手段不仅可以进行大气湍流边界层、污染物扩散、尾迹、结构受风阻力及动力响应等方面的研究，还可以进行风能利用方面的研究。风洞试验中，常采用格栅模拟的均匀湍流风场来研究来流风对结构风效应的影响规律与作用机理。本发明提供了一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，基于传统格栅装置，将格栅装置设计为不用拆装即可实现栅条宽度和格栅间距连续可调的远程驱动控制的新型格栅装置，以高效且准确地满足不同湍流强度和湍流积分尺度的风场调试需求。
如图1至图5所示，一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，包括格栅组件，所述格栅组件横向、竖向交错布置形成格栅，所述格栅组件包括导轨1、支座2和栅条3,横向布置的栅条3与竖向布置的栅条3交错构成了格栅。
所述导轨1有两条并分别位于所述栅条3的两端，所述导轨1上安装有若干个独立的所述支座2，所述栅条3的两端分别与两个独立的支座2固定连接。
导轨1的结构可以为整体式，也可以为分体式，由于采用整体式为较优方案，本实施例优选采用整体式导轨。
所述栅条3为宽度可调整栅条。
导轨1通过滑块9与支座2连接。
所述栅条3包括第一槽型部件31、第二槽形部件32和伸缩装置33，所述伸缩装置33的两端分别与所述第一槽型部件31、第二槽形部件32连接，通过控制伸缩装置33来实现栅条3宽度的变化，其伸缩变化过程如图2所示。
所述第一槽型部件31、第二槽形部件32之间围合形成空腔，所述伸缩装置33安装在所述空腔之内。
所述第一槽型部件31、第二槽形部件32构成了移动副。
所述第一槽型部件31的端部设有导孔311，所述第二槽形部件32的端部设有导柱321，所述导柱321设置在所述导孔311之内。
所述伸缩装置33的固定端与所述第二槽形部件32连接，所述伸缩装置33的伸缩端与所述第一槽型部件31连接。
所述第一槽型部件31通过滚珠轴承4与所述支座2连接，所述第二槽形部件32与所述支座2固定连接，第一槽型部件31底部设置滚珠轴承4与支座2相连，以抵消栅条重力，从而使栅条能够自由伸缩。
所述第二槽形部件32通过螺栓8、固定块7与所述支座2固定连接。
所述支座2连接有驱动装置。
所述驱动装置包括驱动器5、丝杆6和安装在所述丝杆6上的丝杆螺母，所述驱动器5与所述丝杆6连接，所述丝杆螺母与所述支座2连接，通过驱动器5控制丝杆6的旋转来带动支座2在导轨1上滑动，从而控制栅条移动。
为保证每个栅条3都能够独立的移动来实现格栅间距的调整，每一个栅条3两侧均对称设置一个驱动装置，即每一侧螺纹丝杆设置为多个节段并配有一个平台和一套驱动器。在调整格栅间距时，栅条两侧对应的驱动装置协同工作，保证横向栅条进行竖向的移动，以及竖向栅条进行横向移动。本发明提供的一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，通过调节栅条的伸缩及控制栅条的移动，实现格栅尺寸和间距的调控，获得不同湍流度的风场，即不同的湍流强度和湍流积分尺度。
本发明提供的一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，首先，运用基于驱动控制的格栅，可以模拟出均匀性强且截面范围广的均匀湍流场，用于较大型模型的试验，充分提高风场调试时风洞截面的利用率。其次，格栅装置的远程自动化控制功能可节省人力更换栅条尺寸、调整栅条间距的时间，极大地提高了风场调试的效率。最后，栅条尺寸和间距的连续可调能够模拟出更为精确的湍流风场，以满足高精度风洞试验的需要。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，其特征在于：包括格栅组件，所述格栅组件横向、竖向交错布置形成格栅，所述格栅组件包括导轨、支座和栅条，所述导轨有两条并分别位于所述栅条的两端，所述栅条的两端分别与两个独立的支座固定连接，所述支座安装于所述导轨上，所述栅条为宽度可调整栅条, 所述栅条包括第一槽型部件、第二槽形部件和伸缩装置，所述伸缩装置的两端分别与所述第一槽型部件、第二槽形部件连接, 所述第一槽型部件、第二槽形部件之间围合形成空腔，所述伸缩装置安装在所述空腔之内, 所述第一槽型部件、第二槽形部件构成了移动副, 所述第一槽型部件的端部设有导孔，所述第二槽形部件的端部设有导柱，所述导柱设置在所述导孔之内，所述伸缩装置的固定端与所述第二槽形部件连接，所述伸缩装置的伸缩端与所述第一槽型部件连接，所述第一槽型部件通过滚珠轴承与所述支座连接，所述第二槽形部件与所述支座固定连接，所述第二槽形部件通过螺栓、固定块与所述支座固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，其特征在于：所述支座连接有驱动装置。
3.根据权利要求2所述的基于驱动控制的均匀湍流场发生装置，其特征在于：所述驱动装置包括驱动器、丝杆和安装在所述丝杆上的丝杆螺母，所述驱动器与所述丝杆连接，所述丝杆螺母与所述支座连接。
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