風洞中大氣邊界層主動模擬技術研究.pdf

1、本文采用自行設計開發(fā)的主動控制振動尖劈裝置在同濟大學土木工程防災國家重點實驗室TJ-2風洞中進行了大氣邊界層風場模擬的初步嘗試，并得到了一些有意義的結論。這是國內首次采用主動模擬技術進行大氣邊界層模擬的研究?！　∮捎阝g體空氣動力學在理論上的困難，結構風工程研究的主要手段還是通過風洞試驗的方法獲得作用在結構上的風載和風致振動響應值。風洞試驗的首要任務就是合理的模擬大氣邊界層。目前風洞試驗中主要采用的尖劈和粗糙元的被動模擬方法，存在紊流尺

2、度小等難以克服的缺欠，而國外采用的主動模擬技術又存在造價昂貴，調試復雜等缺點?！　】紤]到這些因素，本文自行設計開發(fā)了主動控制振動尖劈裝置以及相應的控制系統的硬件和軟件。這套裝置主要通過步進電機的運動帶動尖劈做往復擺動，尖劈的運動向風場中注入機械能，以期能夠增強低頻紊流的模擬，改善紊流尺度的模擬效果。步進電機由電腦上的控制程序通過自行開發(fā)的控制卡進行控制，可以在其運動允許范圍內完成由用戶自定義的任意運動形式。此裝置具有結構簡單、操作方便

3、、造價低且功能多樣等特點?！　∈褂么搜b置在TJ-2風洞中進行了大氣邊界層風場模擬的嘗試。首先進行了僅布置尖劈、沒有布置粗糙元的試驗，討論尖劈的運動對風場特性的影響；然后進行了尖劈和粗糙元組合的試驗，討論兩者的組合對風場特性的影響；接著討論了尖劈之間的距離對風場特性的影響；最后進行了另外兩種不同尺寸尖劈的試驗，討論尖劈的大小對試驗結果的影響?！　≡囼灲Y果表明：尖劈運動與尖劈靜止的情況相比，平均風速剖面指數會降低；剖面指數隨著尖劈之間距

4、離的減小和尖劈尺寸的增大而增大。在尖劈運動的情況下，其各種不同的運動形式對平均風速剖面的影響不大。　　尖劈運動與尖劈靜止的情況相比，對紊流度的影響不大；紊流度隨著尖劈尺寸的增大而增大，隨著尖劈之間距離的減小而增大。在尖劈運動的情況下，其各種不同的運動形式對紊流度的影響不大?！　〖馀\動與尖劈靜止的情況相比，紊流尺度增大；紊流尺度隨著尖劈尺寸的增大明顯增大，隨著尖劈距離的減小而增大。在尖劈運動的情況下，紊流尺度隨尖劈運動頻率的降低而增

5、大，但其各種不同的運動形式對紊流尺度的影響沒有明顯規(guī)律；　　尖劈的運動會使功率譜上出現與尖劈運動頻率相對應的峰值，且隨著尖劈運動頻率的增大，峰值的幅值也增大；隨著尖劈運動頻率的降低，頻率成分的增多，功率譜低頻部分的變化也越趨于平緩；尖劈的運動會抬高功率譜低頻部分的能量，而對高頻部分則影響很小?！　「鶕恍┰囼灥慕Y論，最后進行了調試風場的試驗，主要采用試湊的方法，給出了C類風場的調試結果。結果表明，與被動模擬方式比較，紊流尺度有較大提