[发明专利]一种旋出式风洞可变粗糙元装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋出式风洞可变粗糙元装置，属于实验空气动力学领域。

背景技术

进行风工程与环境流体力学等学科的风洞实验研究时，需要在风洞中形成一定类型的模拟大气边界层气流，通常的方法是在风洞中的某一位置放置适当类型的尖劈(塔)和粗糙元。粗糙元是分布于平面上的块体，多为长方体，依据所要形成的模拟大气边界层的类型，粗糙元的尺寸和分布密度要做相应的调整，对于长方体的粗糙元来说，通常调节其高度和分布密度，或者只调节其高度就可以达到要求。在现有的风洞实验研究中，为了形成合适的模拟大气边界层，需要根据实际情况对不同类型的粗糙元进行高度和分布密度调节或更换，实现起来耗时耗力。本发明提供一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其可以简单快速地实现粗糙元高度的无级调节。

发明内容

为了克服现有技术上述结构的不足，本发明提供一种旋出式风洞可变粗糙元装置，该装置简单快速地实现粗糙元高度的无级调节。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其包括：多个粗糙元、开孔平板、下平板(或框架)和铰链四个主要部件。所述粗糙元形状为四分之一圆柱段，该圆柱段使用木材、铝材、不锈钢等多种材料制成，为了减轻所述粗糙元的重量，可将其做成四分之一圆柱段壳体，其尺寸(半径R和宽度B)以及粗糙元的间距均由风洞试验专家根据风洞尺寸、风速和试验要求来确定；所述开孔平板用木板、塑料板、铝板或钢板材料制成，开孔为一矩形孔，其宽度为略大于圆柱段宽度B，长度为略大于圆柱段半径R，以便粗糙元能灵活地旋进和旋出。所述旋出式风洞可变粗糙元装置的连接方式如下：

所述开孔平板与风洞底板平齐固定安装；所述粗糙元的一个直边铰接在所述开孔平板上，另一个直边铰接在置于开孔平板之下且与该开孔平板平行的下平板(或框架)上；所述粗糙元的两直边的连接元件是金属合页或专门加工的铰链，其连接方式是铰接方式；所述开孔平板与风洞底板平齐固定安装；所述下平板(或框架)可以向一个方向移动，从而使粗糙元从开孔平面旋出，所述粗糙元的旋出量决定了整个开孔平板的粗糙度。

该装置通过改变下平板的移动量来改变粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔板的粗糙度，在风洞中就会形成各类模拟大气边界层的气流，该气流具有适当的湍流度、平均风速剖面和其它湍流特性。

本发明的有益效果是：本发明通过改变下平板的移动量，控制粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔板的粗糙度，极大地减少了通常在风洞中安装地面粗糙元的工作量。

附图说明

图1为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元单体结构示意图，其中，R为粗糙元半径，B为粗糙元宽度；

图2为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元单体结构三面图，其中，2a为主视图，2b为俯视图，2c为侧视图；

图3为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元装配示意图，其中，1为四分之一圆柱段的粗糙元单体粗糙元，2为开孔板，3下平板，4铰链，箭头指示下平板的移动方向，在风洞中这个方向通常也是气流方向，但也可以是逆气流方向；

图4是旋出式风洞可变粗糙元装置中各粗糙元分布示意图(仅画出四排)，其中，R为粗糙元半径，B为粗糙元宽度；L为行距，S为列距；粗糙元安装在风洞中时，列方向与风洞轴线平行。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明：

实施例1：粗糙元的尺寸如图1、图2和图4所示，其中，半径为R，宽度为B，按实验要求设计出粗糙元的分布图，并加工制作出符合要求的多个粗糙元；加工开孔板和下平板(或框架)，为加工和安装方便，整个旋出式可变粗糙元装置可分段加工，然后对接起来。图4为旋出式风洞可变粗糙元装置中粗糙元分布示意图(仅画出四排)，其中，R为粗糙元半径，B为粗糙元宽度；L为行距，S为列距；粗糙元安装在风洞中时，其列方向与风洞轴线平行。

实施例2：图3为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元装配示意图，其中，1为单体粗糙元，2为开孔板，3下平板，4为铰链，箭头指示下平板的移动方向，在风洞中这个方向通常也是气流方向，但也可以是逆气流方向。如图3所示，该装置由多个粗糙元、开孔平板、下平板(或框架)和铰链四个主要部件组成。粗糙元形状为四分之一圆柱段，该圆柱段用木材、铝材、不锈钢等多种材料制成。将粗糙元做成四分之一圆柱段壳体，目的是为了减轻每个粗糙元的重量，其中，每个粗糙元的尺寸(半径R，宽度B)和间距由各个风洞实验专家根据该风洞尺寸、风速范围及实验对象等因素确定。粗糙元通过铰链以铰接方式将粗糙元连接在开孔板和下平板(或框架)上，其中，粗糙元的一个直边铰接在开孔平板上，另一个直边铰接在一块置于开孔平板之下与之平行的下平板(或框架)上，连接元件为金属合页或专门加工的铰链；开孔平板与风洞底板平齐固定安装，而风洞底板是风洞的固有部件，是风洞试验段底部的构成部分，下平板(或框架)可以向一个方向移动，从而使粗糙元从开孔平面旋出；通过改变下平板的移动量，就能控制粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔板的粗糙度，在风洞中就可形成各类模拟大气边界层的气流。