CN115468731B - 一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞试验技术领域，尤其涉及一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置,包括风洞，所述风洞包括第一试验段、过渡段和第二试验段，且所述第一试验段和所述第二试验段通过所述过渡段连通，还包括风量控制装置和导流装置；所述风量控制装置设置于所述第一试验段内，所述第一试验段的侧壁上设有风洞开孔，所述风量控制装置用于调节风洞开孔的开口度；所述导流装置设置于所述第一试验段内，且所述导流装置位于所述风洞开孔靠近所述过渡段的一侧，所述导流装置用于调节气流进入第二试验段的风速，本装置结构简单，操作方便，解决了现有的风洞只能调整风速，不能调整风量的大小模拟下击暴流气流变化的问题。

Description

一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域，尤其涉及一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置。

背景技术

在全球气候逐年恶化的背景下，下击暴流风灾频发，据统计每年在全球范围内发生的下击暴流约有1500万次，我国西南地区是下击暴流分布最广的区域，发生下击暴流时对其作用半径内的建筑物、交通设施和输电塔体系等结构产生了严重破坏，下击暴流具有非平稳、非均匀及不可预测等特点，其影响范围是区域性的，持续时间通常较短。

大跨度桥梁通常是线路中的咽喉部分，承担着促进经济互联互通、保障人员流动的重任，随着铁路和公路向复杂艰险山区等极端环境延伸，在强风区的大跨度桥梁逐渐增多，抗风性能已成为大跨度桥梁的动力设计的控制性因素。下击暴流等特异风不仅影响桥梁的安全性，还影响行车安全。

现有的桥梁抗风设计规范和风洞试验技术多基于稳态流入和准稳态空气动力学的基本假设，但对于下击暴流等特异风则较难模拟，特异风具有非平稳、非均匀等特点，采用主动风洞模拟是主要的手段之一，该方法通常模拟下击暴流发展变化的整个过程，但受风洞尺寸的影响，对于桥梁模型而言通常缩尺比较小，且主动风洞的造价高。

另一类仅模拟方法在常规边界层风洞中，模拟下击暴流出流过程，主要有两种方式：一是利用壁面射流原理，通过在风洞底部产生额外的壁面风速并辅以衔接处的导流板作用形成一个随高度变化的“鼻型”风剖面；二是利用导流板改变风向的原理，通过安装在入风口与试验段的多翼栅装置使水平气流下行，调节翼旋转角度能够改变转盘处风速从而模拟下击暴流出流风速时程，第一种装置虽然可以产生下击暴流出流风剖面，但是不能有效模拟下击暴流充分发展后风速的时变特性，相当于仅满足了非均匀风场的模拟，受风洞试验尺寸的影响，该方法要求模型缩尺比通常较小；第二种装置能够模拟下击暴流的非平稳特性，但不能有效模拟下击暴流的空间分布特性，且上下转动的导流板易改气流风攻角，得到是紊流场，模型缩尺比仍小。

主动风洞本质是通过控制风机转速来调整风量，以实现非平稳风场的模拟。而在常规风洞中，通过转动导流板虽然也能实现风速的调整，但其风量是不变的，且仅能在因此对于模拟起始风速较低的情况的突发非平稳大风较为困难的，在常规风洞中，采用主动装置正确模拟非平稳风场对于分析山区桥梁风效应具有更大的工程意义。

综上所述，目前亟需一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，解决常规的风洞不能通过调整风量变化模拟下击暴流的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的风洞只能调整风速，不能调整风量的大小模拟下击暴流气流变化的问题，提供一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，包括风洞，所述风洞包括第一试验段、过渡段和第二试验段，且所述第一试验段和所述第二试验段通过所述过渡段连通，还包括风量控制装置和导流装置；所述风量控制装置设置于所述第一试验段内，所述第一试验段的侧壁上设有风洞开孔，所述风量控制装置用于调节风洞开孔的开口度；所述导流装置设置于所述第一试验段内，且所述导流装置位于所述风洞开孔靠近所述过渡段的一侧，所述导流装置用于调节气流进入第二试验段的风速。

将用于测试的节段模型放置于第二试验段内，第一试验段的侧壁上设有风洞开孔，导流装置设置于所述第一试验段内，且所述导流装置位于所述风洞开孔靠近所述过渡段的一侧，气流沿第一试验段进入风洞内，部分气流沿风洞开孔流出，剩余部分气流经过导流装置进入第二试验段内，作用于节段模型上进行风洞试验，风量控制装置设置于所述第一试验段内，风量控制装置通过调节风洞开孔的大小，控制沿风洞开孔流出的风量，进而达到调整进入第二试验段风量的目的，本装置结构简单，操作方便，通过导流装置调整风速，风量控制装置与风洞开孔配合调整进入第二试验段的风量，解决了现有的风洞只能调整风速，不能调整风量的大小模拟下击暴流气流变化的问题。

优选的，所述风量控制装置包括滑槽、风量挡板和第一驱动装置，所述滑槽设置于所述风洞开孔的下端，所述风量挡板设置于所述滑槽的上端，且所述风量挡板与所述滑槽滑动连接，所述第一驱动装置与所述风量挡板驱动连接。用于试验的节段模型放置于第二试验段内，第一驱动装置驱动风量挡板沿滑槽移动遮挡风洞开孔，调节风洞开孔的大小，进而调节沿风洞开孔流出的风量，使通过导流装置进入第二试验段内的气流，能够随着沿风洞开孔流出的量发生变化而产生变化，通过调节驱动风量挡板遮挡风洞开孔快慢的速度，能够模拟下击暴流风量的急速变化的过程。

优选的，所述第一驱动装置包括第一电机和第一链条，所述第一电机的输出端与所述第一链条传动连接，所述第一链条与所述风量挡板采用第一连接杆连接。第一电机驱动第一链条往复移动，第一链条通过第一连接杆带动风量挡板移动，风量挡板在移动过程中遮挡风洞开口，从而达到调节风洞开口大小的目的。

优选的，所述导流装置包括导流卡槽和第二驱动装置，所述导流卡槽内设有若干个导流板组件，每一所述导流板组件均与所述第二驱动装置传动连接，所述第二驱动装置用于驱动所述导流板组件展开或收合。导流板组件展开或收合过程中形成出风口，第二驱动装置驱动导流板组件展开或收合调整出风口的大小，在风量恒定时，出风口增大，风速降低，出风口减小，风速增加，从而达到调节风速的目的。

优选的，所述导流装置还包括固定板，所述固定板与所述导流卡槽固定连接；所述导流板组件包括若干块导流板，所述导流板之间采用合页连接；所述导流板组件最外侧的两块导流板中，一块所述导流板与所述固定板采用合页连接，另一块所述导流板与所述第二驱动装置驱动连接。第二驱动装置驱动导流板折叠过程中，导流卡槽与导流板组件之间产生的间隙形成出风口，出风口随着折叠和展开的不同状态产生大小变化，从而达到调整出风口大小的目的。

优选的，所述第二驱动装置包括第二电机和第二链条，所述第二电机的输出端与所述第二链条传动连接，所述第二链条与最外侧的所述导流板采用第二连接杆连接。第二电机驱动第二链条往复移动，第二链条与最外侧的所述导流板采用第二连接杆连接，第二链条通过第二连接杆带动导流组件的导流板折叠或展开，调节风洞开口大小。

优选的，所述第二链条与至少两个导流板组件采用第二连接杆连接。第二链条移动能够带动多个导流板组件折叠或展开。

优选的，还包括整流装置，所述整流装置设置于所述第二试验段内，所述整流装置用于调节进入第二试验段气流的均匀性。气流沿第一试验段进入第二试验段内，通过整流装置作用，能够将不规则流动的气流变为规则流动气流，或把旋转的气流改变为直线流动，使用于有序风流测试的节段模型，扩大本装置的适用范围。

优选的，所述整流装置包括阻尼网和蜂窝板；所述蜂窝板位于靠近所述过渡段的一侧，所述蜂窝板平行于所述阻尼网设置。阻尼网和蜂窝板配合使不规则流动的气流变为规则流动气流，达到调节气流的目的。

优选的，所述蜂窝板上设有若干蜂窝器空洞。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，气流沿第一试验段进入风洞内，部分气流沿风洞开孔流出，剩余部分气流经过导流装置进入第二试验段内，作用于节段模型上进行风洞试验，风量控制装置设置于所述第一试验段内，风量控制装置通过调节风洞开孔的大小，控制沿风洞开孔流出的风量，进而达到调整进入第二试验段风量的目的，本装置结构简单，操作方便，通过导流装置调整风速，风量控制装置与风洞开孔配合调整进入第二试验段的风量，解决了现有的风洞只能调整风速，不能调整风量的大小模拟下击暴流气流变化的问题，并且具有操作便捷，耗能低，适用广的特点。

本申请其他实施方式的有益效果是：

1.用于试验的节段模型放置于第二试验段内，驱动装置驱动风量挡板沿滑槽移动遮挡风洞开孔，调节风洞开孔的大小，进而调节沿风洞开孔流出的风量，使通过导流装置进入第二试验段内的气流，能够随着沿风洞开孔流出的量发生变化而产生变化，达到模拟下击暴流风量的急速变化过程的目的。

2.驱动装置驱动导流板折叠过程中，导流卡槽与导流板组件之间产生的间隙形成出风口，出风口随着折叠和展开的不同状态产生大小变化，从而达到调整出风口大小的目的。

3.流沿第一试验段进入第二试验段内，通过整流装置作用，能够将不规则流动的气流变为规则流动气流，或把旋转的气流改变为直线流动，使用于有序风流测试的节段模型，扩大本装置的适用范围。

附图说明

图1为本发明一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置的结构示意图。

图2为本发明立体的结构示意图。

图3为导流装置中导流板展开状态的结构示意图。

图4为图3中A-A部位剖视的结构示意图。

图5为图4的局部放大结构示意图。

图6为导流装置中导流板折叠状态的结构示意图。

图7为图6中B-B部位剖视的结构示意图。

图8为整流装置的结构示意图。

图9为图8中C-C部位剖视的结构示意图。

附图标记

1-第一试验段、2-过渡段、3-第二试验段、4-风量控制装置、4a-滑槽、4b-风量挡板、4c-第一驱动装置、4c1-第一电机、4c2-第一链条、4d-第一连接杆、5-导流装置、5a-导流卡槽、5b-第二驱动装置、5b1-第二电机、5b2-第二链条、5c-导流板组件、5c1-导流板、5c2-合页、5d-固定板、5e-第二连接杆、6-风洞开孔、7-整流装置、7a-阻尼网、7b-蜂窝板、8-节段模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置,包括风洞，所述风洞包括第一试验段1、过渡段2和第二试验段3，且所述第一试验段1和所述第二试验段3通过所述过渡段2连通，还包括风量控制装置4和导流装置5；所述风量控制装置4设置于所述第一试验段1内，所述第一试验段1的侧壁上设有风洞开孔6，所述风量控制装置4用于调节风洞开孔6的开口度；所述导流装置5设置于所述第一试验段1内，且所述导流装置5位于所述风洞开孔5靠近所述过渡段2的一侧，所述导流装置5用于调节气流进入第二试验段3的风速，将用于测试的节段模型8放置于第二试验段3内，第一试验段1的侧壁上设有风洞开孔6，导流装置5设置于所述第一试验段1内，且所述导流装置5位于所述风洞开孔6靠近所述过渡段2的一侧，气流沿第一试验段1进入风洞内，部分气流沿风洞开孔6流出，剩余部分气流经过导流装置5进入第二试验段3内，作用于节段模型8上进行风洞试验，风量控制装置4设置于所述第一试验段1内，风量控制装置4通过调节风洞开孔5的大小，控制沿风洞开孔6流出的风量，进而达到调整进入第二试验段3内风量的目的，本装置结构简单，操作方便，通过导流装置5调整进入第二试验段3的风速，风量控制装置4与风洞开孔6配合调整进入第二试验段3的风量，解决了现有的风洞只能调整风速，不能调整风量的大小模拟下击暴流气流变化的问题。

实施例2

如图1～图9所示，本实施例中，所述风量控制装置4包括滑槽4a、风量挡板4b和第一驱动装置4c，所述滑槽4a设置于所述风洞开孔6的下端，所述风量挡板4b设置于所述滑槽4a的上端，且所述风量挡板4b与所述滑槽4a滑动连接，所述第一驱动装置4c与所述风量挡板4b驱动连接，用于试验的节段模型8放置于第二试验段3内，第一驱动装置4c驱动风量挡板4b沿滑槽4a移动遮挡风洞开孔6，调节风洞开孔6的大小，进而调节沿风洞开孔6流出的风量，使通过导流装置5进入第二试验段3内的气流，能够随着沿风洞开孔6流出的量发生变化而产生变化，即风洞开孔6的开口逐渐增大，沿开口流出气流增加，则流入第二试验段3的气流逐渐减小，反之，风洞开孔6的开口逐渐减小，沿开口流出气流减小，则流入第二试验段3的气流逐渐增加，以及通过调节驱动风量挡板4b遮挡风洞开孔6快慢的速度，能够模拟下击暴流风量的急速变化的过程。

第一驱动装置4c包括第一电机4c1和第一链条4c2，所述第一电机4c1的输出端与所述第一链条4c2传动连接，所述第一链条4c2与所述风量挡板4b采用第一连接杆4d连接，第一电机4c1驱动第一链条4c2往复移动，第一链条4c2通过第一连接杆4d带动风量挡板4b往复移动，风量挡板4b在往复移动过程中遮挡风洞开孔6，从而达到调节风洞开孔6开口大小的目的。

实施例3

如图1～图9所示，本实施例中，所述导流装置5包括导流卡槽5a和第二驱动装置5b，所述导流卡槽5a内设有若干个导流板组件5c，每一所述导流板组件5c均与所述第二驱动装置5b传动连接，所述第二驱动装置5b用于驱动所述导流板组件5c展开或收合，导流板组件5c展开或收合过程中形成出风口，第二驱动装置5b驱动导流板组件5c展开或收合调整出风口的大小，在风量恒定时，出风口增大，风速降低，出风口减小，风速增加，从而达到调节风速的目的。

所述导流装置5还包括固定板5d，所述固定板5d与所述导流卡槽5a固定连接；所述导流板组件5c包括若干块导流板5c1，所述导流板5c1之间采用合页5c2连接；所述导流板组件5c最外侧的两块导流板5c1中，一块所述导流板5c1与所述固定板5d采用合页5c2连接，另一块所述导流板5c1与所述第二驱动装置5b驱动连接，第二驱动装置5b驱动导流板5c1折叠过程中，导流卡槽5a与导流板组件5c之间产生的间隙形成出风口，出风口随着导流板组件5c折叠和展开的不同状态产生大小变化，从而达到调整出风口大小的目的。

第二驱动装置5b包括第二电机5b1和第二链条5b2，所述第二电机5b1的输出端与所述第二链条5b2传动连接，所述第二链条5b2与最外侧的所述导流板5c1采用第二连接杆5e连接，第二电机5b1驱动第二链条5b2往复移动，第二链条5b2与最外侧的所述导流板5c1采用第二连接杆5e连接，第二链条5b2通过第二连接杆5e带动导流组件5c的导流板5c1折叠或展开，调节风洞开口大小，第二链条5b2与至少两个导流板组件5c采用第二连接杆5e连接，第二链条5b2往复移动能够带动多个导流板组件5c折叠或展开。

实施例4

如图1～图9所示，本实施例中，还包括整流装置7，所述整流装置7设置于所述第二试验段3内，所述整流装置7用于调节进入第二试验段3气流的均匀性，气流沿第一试验段1进入第二试验段3内，整流装置7设置于所述第二试验段3内，通过整流装置7作用，能够将不规则流动的气流变为规则流动气流，或把旋转的气流改变为直线流动，使用于有序风流测试的节段模型8，扩大本装置的适用范围。

实施例5

如图1～图9所示，本实施例中，整流装置7包括阻尼网7a和蜂窝板7b；所述蜂窝板7b位于靠近所述过渡段2的一侧，所述蜂窝板7b平行于所述阻尼网7a设置，蜂窝板7b上设有若干蜂窝器空洞，阻尼网7a和蜂窝板7b配合使不规则流动的气流变为规则流动气流，达到调节气流的目的。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，包括风洞，所述风洞包括第一试验段（1）、过渡段（2）和第二试验段（3），且所述第一试验段（1）和所述第二试验段（3）通过所述过渡段（2）连通，其特征在于：还包括风量控制装置（4）和导流装置（5）；所述风量控制装置（4）设置于所述第一试验段（1）内，所述第一试验段（1）的侧壁上设有风洞开孔（6），所述风量控制装置（4）用于调节风洞开孔（6）的开口度；所述导流装置（5）设置于所述第一试验段（1）内，且所述导流装置（5）位于所述风洞开孔（6）靠近所述过渡段（2）的一侧，所述导流装置（5）用于调节气流进入第二试验段（3）的风速；所述风量控制装置（4）包括滑槽（4a）、风量挡板（4b）和第一驱动装置（4c），所述滑槽（4a）设置于所述风洞开孔（6）的下端，所述风量挡板（4b）设置于所述滑槽（4a）的上端，且所述风量挡板（4b）与所述滑槽（4a）滑动连接，所述第一驱动装置（4c）与所述风量挡板（4b）驱动连接；所述导流装置（5）包括导流卡槽（5a）和第二驱动装置（5b），所述导流卡槽（5a）内设有若干个导流板组件（5c），每一所述导流板组件（5c）均与所述第二驱动装置（5b）传动连接，所述第二驱动装置（5b）用于驱动所述导流板组件（5c）展开或收合。

2.根据权利要求 1 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述第一驱动装置（4c）包括第一电机（4c1）和第一链条（4c2），所述第一电机（4c1）的输出端与所述第一链条（4c2）传动连接，所述第一链条（4c2）与所述风量挡板（4b）采用第一连接杆（4d）连接。

3.根据权利要求 1 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述导流装置（5）还包括固定板（5d），所述固定板（5d）与所述导流卡槽（5a）固定连接；所述导流板组件（5c）包括若干块导流板（5c1），所述导流板（5c1）之间采用合页（5c2）连接；所述导流板组件（5c）最外侧的两块导流板（5c1）中，一块所述导流板（5c1）与所述固定板（5d）采用合页（5c2）连接，另一块所述导流板（5c1）与所述第二驱动装置（5b）驱动连接。

4.根据权利要求 3 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述第二驱动装置（5b）包括第二电机（5b1）和第二链条（5b2），所述第二电机（5b1）的输出端与所述第二链条（5b2）传动连接，所述第二链条（5b2）与最外侧的所述导流板（5c1）采用第二连接杆（5e）连接。

5.根据权利要求 4 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述第二链条（5b2）与至少两个导流板组件（5c）采用第二连接杆（5e）连接。

6. 根据权利要求 1 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：还包括整流装置（7），所述整流装置（7）设置于所述第二试验段（3）内，所述整流装置（7）用于调节进入第二试验段（3）气流的均匀性。

7.根据权利要求 6 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述整流装置（7）包括阻尼网（7a）和蜂窝板（7b）；所述蜂窝板（7b）位于靠近所述过渡段（2）的一侧，所述蜂窝板（7b）平行于所述阻尼网（7a）设置。

8.根据权利要求 7 所述的一种基于风量调整的非平稳风场的模拟装置，其特征在于：所述蜂窝板（7b）上设有若干蜂窝器空洞。