CN208672276U - 风荷载数值模型验证系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风荷载数值模型验证系统，包括：风洞、终端以及分别与终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪；风力产生机构用于在终端的控制下产生作用于太阳能板的风力；应变式测力传感器用于将采集到的法向力测量值发送给终端；激光测距仪用于将采集的测量距离发送给终端；终端用于根据测量距离和目标迎角控制旋转机构转动或停止转动，控制风力产生机构产生目标风速，利用法向力测量值对风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，缓解现有技术中存在的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术问题，达到了能够知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术效果。

Description

风荷载数值模型验证系统

技术领域

本实用新型涉及模型验证技术领域，尤其是涉及一种风荷载数值模型验证系统。

背景技术

作用在建筑物上的风压称为风荷载，风荷载(wind load)是指空气流动对工程结构所产生的压力。

在实际应用中，风荷载的数值模拟技术可以用来测量风荷载，但是，风荷载的数值模拟技术计算得到的是风荷载数值模型的近似解。这个近似解可能与真实风载荷不同，也就是说，近似解无法确定是否准确，无法知晓是否能够代表建筑物上真实的风荷载的情况。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种风荷载数值模型验证系统，以缓解现有技术中存在的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种风荷载数值模型验证系统，包括：风洞、终端以及分别与所述终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪；

所述风力产生机构设置于所述风洞的动力段内，用于在所述终端的控制下产生作用于所述太阳能板的风力；

所述太阳能板垂直于所述试验段的内底面，所述太阳能板的底端与所述应变式测力传感器的形变测量端固定，所述应变式测力传感器的壳体与所述旋转机构的第一转动轴固定；

所述应变式测力传感器采集所述太阳能板在转动时产生的法向力，将采集到的法向力测量值发送给所述终端；所述激光测距仪设置于所述试验段的内侧表面，用于将采集的测量距离发送给所述终端；

所述终端，用于根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，所述风荷载数值模型的输入为所述目标迎角和所述目标风速。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述终端，还用于将所述目标迎角、所述目标风速和预设的环境参数代入所述风荷载数值模型，计算得到所述法向力计算值。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述旋转机构包括：旋转电机驱动单元和旋转电机；

所述旋转电机驱动单元，用于若接收到所述终端发送的旋转指令，则控制所述旋转电机的所述第一转动轴转动，若接收到所述终端发送的停止转动指令，则控制所述第一转动轴停止转动；

所述旋转电机的底座和地面固定连接，所述第一转动轴垂直于所述试验段的内底面。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述风力产生机构包括：风速电机驱动单元、风速电机和扇叶；

所述风速电机驱动单元，用于若接收到所述终端发送的控制指令，则控制所述风速电机的第二转动轴以与所述目标风速对应的转速转动；

所述风速电机的所述第二转动轴和所述扇叶连接，用于带动所述扇叶转动，以使转动的所述扇叶吹出所述目标风速的风。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述应变式测力传感器的所述形变测量端通过螺杆和所述太阳能板的下底边中点固定连接，所述螺杆垂直于所述试验段的内底面，垂足位于所述试验段的内底面的中心。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述应变式测力传感器为五分量应变式测力传感器，所述激光测距仪为云服务激光测距仪。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述风洞为直流风洞，所述风洞依次包括：进气段、所述动力段、稳定段、收缩段、所述试验段和扩压段。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述试验段的截面尺寸为0.5米×0.5米，长度为2米，所述太阳能板在垂直方向上的长度为0.25米，所述太阳能板的下底边与所述试验段的内底面的距离为0.05米。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述试验段的侧壁是透明的。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述风荷载数值模型为SST k-ω湍流模型。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供的风荷载数值模型验证系统，包括：风洞、终端以及分别与所述终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪；所述风力产生机构设置于所述风洞的动力段内，用于在所述终端的控制下产生作用于所述太阳能板的风力；所述太阳能板垂直于所述试验段的内底面，所述太阳能板的底端与所述应变式测力传感器的形变测量端固定，所述应变式测力传感器的壳体与所述旋转机构的第一转动轴固定；所述应变式测力传感器采集所述太阳能板在转动时产生的法向力，将采集到的法向力测量值发送给所述终端；所述激光测距仪设置于所述试验段的内侧表面，用于将采集的测量距离发送给所述终端；所述终端，用于根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，所述风荷载数值模型的输入为所述目标迎角和所述目标风速。

所以，当工作人员想要知晓风荷载数值模型输出的近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况时，终端根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，利用验证结果就可以确定风荷载数值模型输出的近似解是否准确，进而知晓近似解是否能够代表建筑物上真实的风荷载的情况，避免由于无法确定近似解是否准确而导致的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的问题，因此，缓解了现有技术中存在的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术问题，达到了能够知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术效果。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的风洞的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的风荷载数值模型验证系统的第一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的风力产生机构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的风荷载数值模型验证系统的第二种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的旋转机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，作用在建筑物上的风压称为风荷载，风荷载(wind load)是指空气流动对工程结构所产生的压力。

在实际应用中，风荷载的数值模拟技术可以用来测量风荷载，但是，风荷载的数值模拟技术计算得到的是风荷载数值模型的近似解。这个近似解可能与真实风载荷不同，也就是说，近似解无法确定是否准确，无法知晓是否能够代表建筑物上真实的风荷载的情况，基于此，本实用新型实施例提供的一种风荷载数值模型验证系统，可以缓解现有技术中存在的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术问题，达到了能够知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种风荷载数值模型验证系统进行详细介绍，所述风荷载数值模型验证系统可以包括：风洞、终端以及分别与所述终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪。

示例性的，所述风荷载数值模型可以为SST k-ω湍流模型。

示例性的，所述风洞可以为直流风洞，如图1所示，所述风洞可以依次包括：进气段11、所述动力段12、稳定段13、收缩段14、所述试验段15和扩压段16。所述试验段15的截面尺寸可以为0.5米×0.5米，长度为2米，所述试验段15的侧壁可以是透明的。所述风洞的最大风速可以为40米/秒，最小稳定风速可以为2米/秒。所述风洞的湍流度可以低于0.5％，速度均匀区可以达到85％以上。

示例性的，如图2所示，旋转机构24、应变式测力传感器25、风力产生机构22和激光测距仪23分别与终端21进行通信。

示例性的，所述应变式测力传感器25可以为五分量应变式测力传感器。

示例性的，所述激光测距仪23可以为云服务激光测距仪。

所述风力产生机构设置于所述风洞的动力段内，用于在所述终端的控制下产生作用于所述太阳能板的风力。

示例性的，如图3所示，所述风力产生机构22可以包括：风速电机驱动单元31、风速电机32和扇叶33。所述风速电机驱动单元31用于若接收到所述终端21发送的控制指令，则控制所述风速电机32的第二转动轴以与所述目标风速对应的转速转动。所述风速电机32的所述第二转动轴和所述扇叶33连接，用于带动所述扇叶33转动，以使转动的所述扇叶33吹出所述目标风速的风。

示例性的，风速电机32可以为22KW的电机，风速电机驱动单元31可以为西门子变频器。

如图4所示，所述太阳能板41垂直于所述试验段15的内底面，所述太阳能板41的底端与所述应变式测力传感器25的形变测量端固定，所述应变式测力传感器25的壳体与所述旋转机构24的第一转动轴43固定。

示例性的，所述应变式测力传感器25的所述形变测量端可以通过螺杆42和所述太阳能板41的下底边中点固定连接。所述螺杆42垂直于所述试验段15的内底面。垂足位于所述试验段15的内底面的中心。

示例性的，所述太阳能板41在垂直方向上的长度可以为0.25米，所述太阳能板41的下底边与所述试验段15的内底面的距离可以为0.05米。

示例性的，如图5所示，所述旋转机构24可以包括：旋转电机驱动单元51和旋转电机52。所述旋转电机驱动单元51用于若接收到所述终端21发送的旋转指令，则控制所述旋转电机52的所述第一转动轴43转动，若接收到所述终端21发送的停止转动指令，则控制所述第一转动轴43停止转动。所述旋转电机52的底座可以和地面固定连接，所述第一转动轴43垂直于所述试验段15的内底面。

示例性的，所述太阳能板41的厚度可以为35-40毫米。

所述应变式测力传感器25采集所述太阳能板41在转动时产生的法向力，将采集到的法向力测量值发送给所述终端21；所述激光测距仪23设置于所述试验段15的内侧表面，用于将采集的测量距离发送给所述终端21。

所述终端21，用于根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构24转动或停止转动，控制所述风力产生机构22产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，所述风荷载数值模型的输入为所述目标迎角和所述目标风速。

示例性的，工作人员可以利用验证结果确定风荷载数值模型输出的近似解是否准确，进而知晓近似解是否能够代表建筑物上真实的风荷载的情况。

本实用新型实施例中，本实用新型实施例提供的风荷载数值模型验证系统，包括：风洞、终端以及分别与所述终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪；所述风力产生机构设置于所述风洞的动力段内，用于在所述终端的控制下产生作用于所述太阳能板的风力；所述太阳能板垂直于所述试验段的内底面，所述太阳能板的底端与所述应变式测力传感器的形变测量端固定，所述应变式测力传感器的壳体与所述旋转机构的第一转动轴固定；所述应变式测力传感器采集所述太阳能板在转动时产生的法向力，将采集到的法向力测量值发送给所述终端；所述激光测距仪设置于所述试验段的内侧表面，用于将采集的测量距离发送给所述终端；所述终端，用于根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，所述风荷载数值模型的输入为所述目标迎角和所述目标风速。

所以，当工作人员想要知晓风荷载数值模型输出的近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况时，终端根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，利用验证结果就可以确定风荷载数值模型输出的近似解是否准确，进而知晓近似解是否能够代表建筑物上真实的风荷载的情况，避免由于无法确定近似解是否准确而导致的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的问题，因此，缓解了现有技术中存在的无法知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术问题，达到了能够知晓近似解是否能够代表建筑物上真实风荷载情况的技术效果。

在本实用新型的又一实施例中，所述终端，还用于将所述目标迎角、所述目标风速和预设的环境参数代入所述风荷载数值模型，计算得到所述法向力计算值。

示例性的，所述目标迎角的取值范围可以为[-19°,19°]。

示例性的，所述风荷载数值模型可以为SST k-ω湍流模型。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本实用新型的范围。

本实用新型实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本实用新型的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风荷载数值模型验证系统，其特征在于，包括：风洞、终端以及分别与所述终端通信的旋转机构、应变式测力传感器、风力产生机构和激光测距仪；

所述风力产生机构设置于所述风洞的动力段内，用于在所述终端的控制下产生作用于太阳能板的风力；

所述太阳能板垂直于试验段的内底面，所述太阳能板的底端与所述应变式测力传感器的形变测量端固定，所述应变式测力传感器的壳体与所述旋转机构的第一转动轴固定；

所述应变式测力传感器采集所述太阳能板在转动时产生的法向力，将采集到的法向力测量值发送给所述终端；所述激光测距仪设置于所述试验段的内侧表面，用于将采集的测量距离发送给所述终端；

所述终端，用于根据所述测量距离和预设的目标迎角控制所述旋转机构转动或停止转动，控制所述风力产生机构产生预设的目标风速，利用所述法向力测量值对所述风荷载数值模型输出的法向力计算值进行验证，得到验证结果，所述风荷载数值模型的输入为所述目标迎角和所述目标风速。

2.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述终端，还用于将所述目标迎角、所述目标风速和预设的环境参数代入所述风荷载数值模型，计算得到所述法向力计算值。

3.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述旋转机构包括：旋转电机驱动单元和旋转电机；

所述旋转电机驱动单元，用于若接收到所述终端发送的旋转指令，则控制所述旋转电机的所述第一转动轴转动，若接收到所述终端发送的停止转动指令，则控制所述第一转动轴停止转动；

所述旋转电机的底座和地面固定连接，所述第一转动轴垂直于所述试验段的内底面。

4.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述风力产生机构包括：风速电机驱动单元、风速电机和扇叶；

所述风速电机驱动单元，用于若接收到所述终端发送的控制指令，则控制所述风速电机的第二转动轴以与所述目标风速对应的转速转动；

所述风速电机的所述第二转动轴和所述扇叶连接，用于带动所述扇叶转动，以使转动的所述扇叶吹出所述目标风速的风。

5.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述应变式测力传感器的所述形变测量端通过螺杆和所述太阳能板的下底边中点固定连接，所述螺杆垂直于所述试验段的内底面，垂足位于所述试验段的内底面的中心。

6.根据权利要求5所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述应变式测力传感器为五分量应变式测力传感器，所述激光测距仪为云服务激光测距仪。

7.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述风洞为直流风洞，所述风洞依次包括：进气段、所述动力段、稳定段、收缩段、所述试验段和扩压段。

8.根据权利要求7所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述试验段的截面尺寸为0.5米×0.5米，长度为2米，所述太阳能板在垂直方向上的长度为0.25米，所述太阳能板的下底边与所述试验段的内底面的距离为0.05米。

9.根据权利要求8所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述试验段的侧壁是透明的。

10.根据权利要求1所述的风荷载数值模型验证系统，其特征在于，所述风荷载数值模型为SST k-ω湍流模型。