風(fēng)洞中大氣邊界層主動(dòng)模擬技術(shù)研究.pdf

1、本文采用自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的主動(dòng)控制振動(dòng)尖劈裝置在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室TJ-2風(fēng)洞中進(jìn)行了大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)模擬的初步嘗試，并得到了一些有意義的結(jié)論。這是國(guó)內(nèi)首次采用主動(dòng)模擬技術(shù)進(jìn)行大氣邊界層模擬的研究?！　∮捎阝g體空氣動(dòng)力學(xué)在理論上的困難，結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的主要手段還是通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)的方法獲得作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)載和風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)值。風(fēng)洞試驗(yàn)的首要任務(wù)就是合理的模擬大氣邊界層。目前風(fēng)洞試驗(yàn)中主要采用的尖劈和粗糙元的被動(dòng)模擬方法，存在紊流尺

2、度小等難以克服的缺欠，而國(guó)外采用的主動(dòng)模擬技術(shù)又存在造價(jià)昂貴，調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)。　　考慮到這些因素，本文自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了主動(dòng)控制振動(dòng)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(guò)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)尖劈做往復(fù)擺動(dòng)，尖劈的運(yùn)動(dòng)向風(fēng)場(chǎng)中注入機(jī)械能，以期能夠增強(qiáng)低頻紊流的模擬，改善紊流尺度的模擬效果。步進(jìn)電機(jī)由電腦上的控制程序通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的控制卡進(jìn)行控制，可以在其運(yùn)動(dòng)允許范圍內(nèi)完成由用戶自定義的任意運(yùn)動(dòng)形式。此裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便

3、、造價(jià)低且功能多樣等特點(diǎn)?！　∈褂么搜b置在TJ-2風(fēng)洞中進(jìn)行了大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)模擬的嘗試。首先進(jìn)行了僅布置尖劈、沒(méi)有布置粗糙元的試驗(yàn)，討論尖劈的運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)場(chǎng)特性的影響；然后進(jìn)行了尖劈和粗糙元組合的試驗(yàn)，討論兩者的組合對(duì)風(fēng)場(chǎng)特性的影響；接著討論了尖劈之間的距離對(duì)風(fēng)場(chǎng)特性的影響；最后進(jìn)行了另外兩種不同尺寸尖劈的試驗(yàn)，討論尖劈的大小對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響?！　≡囼?yàn)結(jié)果表明：尖劈運(yùn)動(dòng)與尖劈靜止的情況相比，平均風(fēng)速剖面指數(shù)會(huì)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(yùn)動(dòng)的情況下，其各種不同的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)平均風(fēng)速剖面的影響不大。　　尖劈運(yùn)動(dòng)與尖劈靜止的情況相比，對(duì)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(yùn)動(dòng)的情況下，其各種不同的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)紊流度的影響不大。　　尖劈運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的情況下，紊流尺度隨尖劈運(yùn)動(dòng)頻率的降低而增

5、大，但其各種不同的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)紊流尺度的影響沒(méi)有明顯規(guī)律；　　尖劈的運(yùn)動(dòng)會(huì)使功率譜上出現(xiàn)與尖劈運(yùn)動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的峰值，且隨著尖劈運(yùn)動(dòng)頻率的增大，峰值的幅值也增大；隨著尖劈運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)會(huì)抬高功率譜低頻部分的能量，而對(duì)高頻部分則影響很小?！　「鶕?jù)一些試驗(yàn)的結(jié)論，最后進(jìn)行了調(diào)試風(fēng)場(chǎng)的試驗(yàn)，主要采用試湊的方法，給出了C類風(fēng)場(chǎng)的調(diào)試結(jié)果。結(jié)果表明，與被動(dòng)模擬方式比較，紊流尺度有較大提