風洞中大氣邊界層主動模擬技術(shù)研究.pdf

1、本文采用自行設(shè)計開發(fā)的主動控制振動尖劈裝置在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)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(jié)論。這是國內(nèi)首次采用主動模擬技術(shù)進行大氣邊界層模擬的研究。　　由于鈍體空氣動力學(xué)在理論上的困難，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的風載和風致振動響應(yīng)值。風洞試驗的首要任務(wù)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(shù)又存在造價昂貴，調(diào)試復(fù)雜等缺點?！　】紤]到這些因素，本文自行設(shè)計開發(fā)了主動控制振動尖劈裝置以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)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(fù)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(nèi)完成由用戶自定義的任意運動形式。此裝置具有結(jié)構(gòu)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(jié)果的影響。　　試驗結(jié)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(shù)會降低；剖面指數(shù)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?！　〖馀\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(xiàn)與尖劈運動頻率相對應(yīng)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。　　根據(jù)一些試驗的結(jié)論，最后進行了調(diào)試風場的試驗，主要采用試湊的方法，給出了C類風場的調(diào)試結(jié)果。結(jié)果表明，與被動模擬方式比較，紊流尺度有較大提