CN203772516U - 一种风洞试验风速测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风洞试验风速测试装置，包括支撑稳固机构和检测机构，所述检测机构包括竖向设置的壳体，壳体上竖向排列设置有多个沿迎风方向突出于壳体的进风探针，壳体内设置有和进风探针一一相连的引风管道，所述壳体包括中空结构的芯柱和可上下滑动地套设在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之间还设置有套筒定位机构，所述进风探针固定在套筒上，所述芯柱上对应进风探针位置竖向设置有一个供引风管道通过的通槽。本实用新型能够方便调整移动，以实现多位置风速检测，增加了风速检测位置，提高了检测样本的丰富度，更加利于风洞风速特性的计算；同时还具有结构简单，调节移动方便快捷，检测结果可靠准确等优点。

Description

一种风洞试验风速测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于风洞试验的装置，具体涉及一种风洞试验多点同步脉动风速测试装置。

背景技术

风荷载的大小对高层和超高层建筑影响较大，而且随着建筑高度的增加，风荷载的控制性作用越来越大，因此在超高层建筑设计中考察风荷载的大小是一项极为重要的工作。对于一般场地情况下风荷载延高度的分布情况，已经获得了较为成熟的规律总结，并且在各国的设计规范中已有体现，我国的《建筑结构荷载规范（GB50009-2012）》中也有关于风荷载高度变化系数的规定，反应了竖向变化规律。然而在一些特殊地形，例如复杂的山地中，其风荷载受复杂地形影响已与平地产生较大差别，不能直接运用规范规定方法进行荷载计算，而必须通过一些特殊方法获得具体的风荷载竖向分布情况，风洞试验就是其中常用的特殊方法。

目前，在风洞试验中，使用最多的常规风速测试设备是热线风速仪和风速管，用上述两种风速测试设备进行山地风场测试时，只能通过在风洞中不断改变设备位置，在不同时刻获取不同位置的脉动风速时程数据。采用热线风速仪或风速管获得的脉动风速时程数据不是同步采集的，因而无法得到不同位置脉动风速的相关性特性。换句话说，用以上方法获得的风速时程数据进行频域计算时，只能得到每个点的自功率谱，而无法得到不同点之间的相干函数，因而无法得到不同点的互功率谱，直接影响广义风荷载和结构风振响应的计算。换一个角度，在时域上解释这个问题，进行时程分析时加载在高层建筑结构上的多个风荷载时程，加载的同步性或相位差是一个重要的荷载分布特性，对于结构响应的计算具有较大影响，风洞中不同点的脉动风速数据在不同时段采集，实际上相当于失去了同步性或相位差信息。

为了解决上述问题，申请人曾设计了一种风洞试验多点同步脉动风速测试系统，并申请了专利号为201320614168.2的专利，该测试系统的结构，包括支撑稳固机构和检测机构，所述检测机构包括壳体，壳体上设置有多个沿迎风方向突出于壳体的进风管，壳体上设置有和进风管一一相连的引风通道，所述引风通道远离进风管的一端设置有用于测试风速的电子压力扫描阀。该风洞试验多点同步脉动风速测试系统能够同时获得较为精确的多个位置的同步脉动风速，为结构风振响应计算提供了更加充分的数据。但该系统的结构检测机构为固定设置，不可移动，不可调整，无法实现更多不同位置的风速检测。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是，怎样提供一种结构简单，能够方便调整移动，以实现多位置风速检测的风洞试验风速测试装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型中采用了如下的技术方案。

一种风洞试验风速测试装置，包括支撑稳固机构和检测机构，所述检测机构包括竖向设置的壳体，壳体上竖向排列设置有多个沿迎风方向突出于壳体的进风探针，壳体内设置有和进风探针一一相连的引风管道，所述引风管道远离进风探针的一端设置有用于测试风速的电子压力扫描阀；其特征在于，所述壳体包括中空结构的芯柱和可上下滑动地套设在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之间还设置有套筒定位机构，所述进风探针固定在套筒上，所述芯柱上对应进风探针位置竖向设置有一个供引风管道通过的通槽。

本发明中，将壳体设计为滑动配合的芯柱和套筒两个构件，探针设置在套筒上，这样，可以靠套筒在芯柱上的滑动，方便快捷地调整探针在同一垂直平面的高度位置。能够快速调整以实现不同高度位置的风力检测。这样，本装置不仅仅可以实现多点风速同步检测，而且采用简单的结构实现了探针位置的移动调整，增加了风速检测位置，提高了检测样本的丰富度，更加利于风洞风速特性的计算。

作为优化，所述套筒定位机构包括设置竖向设置在芯柱上的至少一排连接孔，还包括能够穿过套筒并插入固定到连接孔内的固定件。

这样，具有固定结构简单，固定快速可靠方便且最大程度降低对风流干涉的效果。

作为优化，所述支撑稳固机构，包括位于风洞顶部顺风洞延伸方向平行设置的三条导轨，还包括设置于芯柱上方的四根撑杆，四根撑杆上端分别沿前后和左右方向斜向延伸设置并可滑动地配合挂接在三条导轨上，所述电子压力扫描阀设置于芯柱上端。进一步地，芯柱上端端部也可以是滑动配合挂接在中间导轨上。

这样优化后，可以靠撑杆在导轨上的滑动，改变位置，实现不同位置，不同垂直平面的风速检测，进一步提高了检测样本的丰富度，更加利于风洞风速特性的计算。另外，采用四根支撑杆和三条导轨实现连接，能够保证挂接支承的稳定性。

作为优化，所述壳体中，芯柱和套筒均为顺风流方向的两侧为对称的流线形且迎风端和背风端为流线闭合端的结构。

这样可以最大程度，降低壳体对风场的干涉，确保检测结构准确可靠。

本装置使用时，为了知道每根探针距离山地地面的距离，准确定义风荷载沿高度的分布特征，探针等间距布置，每根探针距离山地地面的位置可以由套筒底部第一根探针距地面高度、探针间距共同确定。某探针距离山地地面的距离h＝探针距离套筒底部第一根探针的绝对距离h1+第一根探针尖部到山地地面的相对距离h2。探针距离套筒底部第一根探针的绝对距离h1可依据探针间距获取，第一根探针尖部到山地地面的相对距离h2可以采用测距铅垂软尺测得。

综上所述，本实用新型能够方便调整移动，以实现多位置风速检测，增加了风速检测位置，提高了检测样本的丰富度，更加利于风洞风速特性的计算；同时还具有结构简单，调节移动方便快捷，检测结果可靠准确等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意简图。

图2为图1的侧视图。

图3为图2中壳体部分俯视方向的结构示意简图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，一种风洞试验风速测试装置，包括支撑稳固机构和检测机构，所述检测机构包括竖向设置的壳体，壳体上竖向排列设置有多个沿迎风方向突出于壳体的进风探针1，壳体内设置有和进风探针1一一相连的引风管道2，所述引风管道2远离进风探针1的一端设置有用于测试风速的电子压力扫描阀（电子压力扫描阀图中未显示）；其中所述壳体包括中空结构的芯柱3和可上下滑动地套设在芯柱3上的套筒4，套筒4和芯柱3之间还设置有套筒定位机构，所述进风探针1固定在套筒4上，所述芯柱3上对应进风探针1位置竖向设置有一个供引风管道2通过的通槽。具体实施时软管采用胶管得到。图中标号8为山体模型。

其中所述套筒定位机构包括设置竖向设置在芯柱上的至少一排连接孔5，还包括能够穿过套筒4并插入固定到连接孔5内的固定件。具体实施时，固定件采用固定销得到。

其中，所述支撑稳固机构，包括位于风洞顶部顺风洞延伸方向平行设置的三条导轨6，还包括设置于芯柱3上方的四根撑杆7，四根撑杆7上端分别沿前后和左右方向斜向延伸设置并可滑动地配合挂接在三条导轨6上，所述电子压力扫描阀设置于芯柱3上端。进一步地，芯柱上端端部也可以是滑动配合挂接在中间导轨上。

所述壳体中，芯柱3和套筒4均为顺风流方向的两侧为对称的流线形且迎风端和背风端为流线闭合端的结构。

更加具体地说，具体实施时本装置可以由套筒、芯柱、探针、软质胶管、撑杆、轨道、扫描阀数据采集装置、测距铅垂软尺等几部分组成。其中：

（1）套筒

套筒为流线形状，其具体尺寸可根据风洞大小和风洞试验模型大小而灵活改变，用轻质高强的铝合金材料可减小质量而减少装置自身的振动。通常根据风洞尺寸的阻塞度要求确定山体模型，若风洞高度为H，则建议山体高度为0.1H，山体模型的缩尺比例为k，则套筒高度为550*k（单位为米），以满足地面以上550米高度范围内的风速能同步监测。

套筒内部为空心，内壁两侧焊上隔板以利于在芯柱和套筒之间形成空隙，从而使软质胶管弯曲时有足够大的弯曲半径，保证在工作状态中，胶管内部传递空气压力的截面形状不发生改变。

安装不锈钢针管处根据针管外径钻孔，且焊接牢固。

为了避免干扰风场，销钉孔布置在套筒的两侧面靠后侧的位置。为避免安装销钉后销钉突出影响套筒的流线形外观，套筒的销钉开孔处向内凹陷使安装销钉后套筒仍然保持流线形。

套筒的作用：形成流线形状以减小风场干扰、固定不锈钢探针和软质胶管，可上下移动以改变探针的高度，显示不锈钢探针距离套筒底端的距离。

（2）探针

探针采用不锈钢针管，使之具有足够的刚度，减少自身振动。不锈钢针管外径建议采用1~2mm，其伸出套筒的长度建议为套筒顺风向尺寸的1/5~1/4。不锈钢针管伸入套筒的长度不宜过短，建议不小于伸出套筒长度的1/2，且与套筒之间焊接，以保证可靠固定。第一根探针布置在套筒的底部，第一根探针的位置为套筒上零刻度位置。

探针的作用：伸出套筒形成的风场干扰区域获得所需要位置的风速，并以足够的刚度保证所得脉动风速的准确性。

（3）软质胶管

软质胶管尺寸根据不锈钢针管外径确定，以胶管与针管之间能够顺利套入且保持密闭为宜。软质胶管壁厚不宜太小，且弯曲时应具有足够大的弯曲半径。通过将胶管固定在套筒和与芯柱内，可保证胶管在压力传递时截面形状不变，自身不发生振动以确定风压在传递过程中不发生改变。

软质胶管的作用：将探针端口位置的风压传递到扫描阀中。

（4）铅垂软尺

铅垂软尺由三角锥形铅垂和带刻度的小软尺组成，三角锥形铅垂固定在小软尺下端，小软尺上端可以固定在套筒下端，或者是单独独立的一个构件，小软尺采用PVC塑料和玻璃纤维制成，宽度为5mm，两面均有刻度，刻度单位精确到毫米，刻度的起点为三角锥铅垂的顶点处。利用三角锥自身的重量使得上部软尺在测距时保持竖直水平状态。

铅垂软尺的作用：当套筒在芯柱上固定后，测量套筒底部第一根探针尖部到山地地面的相对距离h2。

（5）芯柱

芯柱与套筒采用同样的流线形外观。为保证芯柱与套筒之间可以有效的连接固定。芯柱大小以所有软质胶管能顺利穿入穿出，保证胶管在压力传递时截面形状不变，自身不发生振动为宜。芯柱上端面焊接一个固定端头，以便于固定到顶部的中间轨道上，且能前后自由滑动。芯柱的两侧面上布置销钉孔，以便于套筒能可靠固定，准确定位。芯柱内部中空，前面中部靠近底端位置开孔，上端侧面靠近上端处某位置开孔，孔径大小以所有软质胶管能顺利穿入穿出为宜。套筒连接的软质胶管从前端孔穿入芯柱，可以从芯柱顶端后侧面孔穿出导入扫描阀数据采集装置，采集装置可以为电子压力扫描阀。扫描阀数据采集装置可以连接在芯柱的上端或者设置在芯柱内部。

芯柱的作用：可靠固定套筒、软质胶管以及扫描阀数据采集装置，使套筒可以自由变换测速位置。

（6）撑杆

芯柱的前、后、左、右四个方向各布置一根撑杆，以便可靠固定悬挂的芯柱。撑杆上端部连接在轨道上，前、后两个方向的撑杆同芯柱一样，连接在中间轨道上；左、右两个方向的撑杆分别连接在两侧的轨道。四根撑杆与芯柱保持同步滑动，依据滑动的方向焊接合适的接头以利于在轨道上能自由滑动，实时固定。撑杆下部焊接在芯柱上，撑杆与芯柱的夹角为30°～60°，与芯柱的连接点选在当套筒底部第一根探针位于山体顶部时，套筒顶端刚好与撑杆下部连接点保持1cm为宜。

撑杆的作用：支撑芯柱，使芯柱在测速过程中保持稳定。

（7）轨道

在风洞顶部沿风洞延伸方向布置三根铁质轨道，芯柱顶端、前后撑杆连接在中间轨道上；两侧轨道用于连接左、右两根撑杆。轨道为外置轨道，因为芯柱上部1/3区域不是风速采集区域，所以此处轨道外置对风场的影响可忽略。轨道内部的凹槽与芯柱及撑杆的连接接头吻合，使芯柱和撑杆能在轨道内沿风洞延伸方向自由滑动。当需要固定芯柱时，采用5小块吸铁石固定芯柱和四根撑杆，使其不能滑动。

轨道的作用：连接固定芯柱，芯柱可沿轨道自由滑动且能可靠固定。

扫描阀数据采集装置不属于本专利的核心内容，对其结构组成不在此详述。

本装置的工作原理为：套筒悬挂固定于芯柱上，可沿芯柱上下自由移动；套筒上的探针等间距布置和铅垂软尺能准确定位每一根探针针尖的位置；芯柱固定在顶部轨道上，可沿轨道前后移动，实时固定；多根探针同时获取来流风压，通过探针、胶管传递，最终到扫描阀中同步采集脉动风压数据，进而转换为脉动风速数据。

本装置的效果与作用包括：通过一系列的装置细节设计，使得测速仪能在复杂的山地地形中自由移动，连接和固定更加便利，拓宽了测速范围，同步准确获得不同位置的脉动风速时程，可直接用于建筑结构的风致响应计算。

本装置能实现测试设备在复杂的山地地形中自由移动，可靠固定；每根测速探针的位置可自由变换、准确定位；能足够精确的获得山地中多个位置的同步脉动风速。

Claims (4)

1.一种风洞试验风速测试装置，包括支撑稳固机构和检测机构，所述检测机构包括竖向设置的壳体，壳体上竖向排列设置有多个沿迎风方向突出于壳体的进风探针，壳体内设置有和进风探针一一相连的引风管道，所述引风管道远离进风探针的一端设置有用于测试风速的电子压力扫描阀；其特征在于，所述壳体包括中空结构的芯柱和可上下滑动地套设在芯柱上的套筒，套筒和芯柱之间还设置有套筒定位机构，所述进风探针固定在套筒上，所述芯柱上对应进风探针位置竖向设置有一个供引风管道通过的通槽。

2.如权利要求1所述的风洞试验风速测试装置，其特征在于，所述套筒定位机构包括设置竖向设置在芯柱上的至少一排连接孔，还包括能够穿过套筒并插入固定到连接孔内的固定件。

3.如权利要求1所述的风洞试验风速测试装置，其特征在于，所述支撑稳固机构，包括位于风洞顶部顺风洞延伸方向平行设置的三条导轨，还包括设置于芯柱上方的四根撑杆，四根撑杆上端分别沿前后和左右方向斜向延伸设置并可滑动地配合挂接在三条导轨上，所述电子压力扫描阀设置于芯柱上端。

4.如权利要求1所述的风洞试验风速测试装置，其特征在于，所述壳体中，芯柱和套筒均为顺风流方向的两侧为对称的流线形且迎风端和背风端为流线闭合端的结构。