[实用新型]一种模拟多种极端风场的多风扇阵列风洞

说明书

本实用新型涉及一种模拟多种极端风场的多风扇阵列风洞，包括风塔、多风扇阵列、排气装置、转动装置和法兰。风塔顶层中心位置安装顶部单风扇，风塔底部沿周向安装单层第一底部单风扇，风塔侧壁的一侧安装多层多个第二底部单风扇，风塔侧壁另一侧设有排气装置。顶部单风扇和第一底部单风扇通过转动装置与风塔壁连接，且所有单风扇均能实现吹气和吸气功能，能够实现龙卷风、下击暴流、常态风和脉动风(尤其是高湍流强度的台风)的模拟。通过单风扇段转动不仅能够调节龙卷风和下击暴流风场的涡流比，而且能够使风柱产生扭曲变形；通过控制单风扇段的脉动参数能够实现不同湍流特征的脉动风场模拟。

技术领域

本实用新型涉及一种流体力学技术领域，尤其涉及一种多风扇阵列风洞。

背景技术

龙卷风是由空气剧烈对流产生的一种高速旋转的移动风暴，具有持续时间短、风力大、破坏力强和难以预测等特点。目前，对于龙卷风试验室物理模拟装置大多数都是基于Ward型模拟系统的原理建造。Ward型模拟系统虽然能够模拟多种类似龙卷风的涡旋风场，但该系统难以调整龙卷风的涡流比。随着科学技术的发展，日本宫崎大学的A.Nishi研制了一种多风扇阵列风洞，该风洞主要能够模拟常态风和脉动风风场。美国IBHS ResearchCenter的多风扇阵列风洞，主要用于对台风风场的模拟。中国同济大学的多风扇阵列风洞(TJ-5)与日本宫崎大学的多风扇阵列风洞类似，主要能够模拟常态风和脉动风风场。加拿大西安大略大学的龙卷风风洞(WindEEE Dome)，拥有106个风扇，采用正六边形设计，可模拟龙卷风和下击暴流风场，但是该风洞无法模拟龙卷风风柱可扭曲变形以及涡流比可变的龙卷风风场。上述多风扇阵列风洞模拟功能较为单一，应用领域受限。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型的模拟多种极端风场的多风扇阵列风洞，能够模拟出龙卷风、下击暴流、常态风和脉动风(尤其是高湍流强度的台风)风场。不仅能够调节龙卷风和下击暴流风场的涡流比、使风柱产生扭曲变形，而且能够实现对不同湍流特征的脉动风场模拟。

技术方案：为实现上述目的，本发明多风扇阵列风洞采用以下技术方案。

一种模拟多种极端风场的多风扇阵列风洞，包括风塔、位于风塔顶部中心位置的顶部单风扇、位于风塔侧壁底部位置的若干底部单风扇；所述风塔顶部设有收容顶部单风扇的开口，顶部单风扇安装在该开口中，且顶部单风扇对风塔内部吹气或吸气；开口两侧设有用以驱动顶部单风扇俯仰转动的第一转动装置；

所述若干底部单风扇包括最下端沿风塔周向形成一圈排列的若干第一底部单风扇以及自下而上多行多列排列的若干第二底部单风扇；所述若干第二底部单风扇位于风塔一侧，而风塔另一侧设有与若干第二底部单风扇相对的排气装置；

所述风塔侧壁上还设有与第一底部单风扇一一对应的第二转动装置，该第二转动装置驱动第一底部单风扇的轴向在水平方向及竖直方向之间摆动。

进一步的，所述第一转动装置包括第一电机、第一蜗轮蜗杆系统、第一连接件，所述顶部单风扇外侧周向连接有法兰，所述第一连接件与法兰连接，第一电机通过第一涡轮蜗杆系统与第一连接件形成联动，第一连接件通过第一电机转动驱动顶部单风扇俯仰转动。

进一步的，所述第一电机输出轴通过第一联轴器与第一涡轮蜗杆系统内的蜗杆同轴连接，所述第一涡轮蜗杆系统内的涡轮轴向连接所述第一连接件。

进一步的，所述第二转动装置包括弧形活动基座、位于弧形活动基座两端内侧的两个支撑臂，其中支撑臂包括第二电机、第二蜗轮蜗杆系统、第二连接件，第二连接件与第二底部单风扇连接；第二电机通过第二涡轮蜗杆系统与第二连接件形成联动，第二连接件通过第二电机转动驱动第一底部单风扇的轴向在竖直方向之间摆动。

进一步的，所述第二电机输出轴通过第二联轴器与第二涡轮蜗杆系统内的蜗杆同轴连接，所述第二涡轮蜗杆系统内的涡轮轴向连接所述第二连接件。