风机阵吹风试验方法基本理论与关键技术研究

论文摘要

帐篷是一种便于携带，能够遮风、挡雨、保温、防寒的临时场所，既可用于军事上的野营训练和作战，也可广泛用于野外工程施工和临时住所。现阶段，帐篷结构抗风能力检测主要采用等效静力风荷载试验方法。由于现场实测数据空白，帐篷结构试验风荷载按现行规范取值，未考虑篷布与气流之间的流固耦合作用，因此检测结果的准确性值得商榷；另外，等效静力风荷载加载装置需特殊设计，制作困难，通用性差。为此，本论文针对国内外新近出现的风机阵吹风试验方法和帐篷结构体型及其使用环境特点，展开试验环境一致性条件、风机阵试验系统设计方案和试验风环境流场品质评价方法三方面研究工作，研究成果可为我国相关部门建立此类试验系统时提供参考。本文主要研究内容和结果为：1.基于相似理论及大气边界层理论，分析了自然环境与风机阵吹风试验环境之间的一致性条件。结果表明：与海洋工程模型试验时力学相似准则为佛劳德数不同，帐篷结构模型试验时力学相似准则主要为雷诺数；足尺试验时一致性条件为：平均风速剖面相似，湍流强度剖面相似，脉动风功率谱相似及湍流积分尺度相似。2.完成了SFG7-4型轴流风机及XDAJ-7.1型双轴对旋射流风机外流场的实测与数值模拟分析，以及风机阵吹风试验系统方案设计工作。足尺试验时自然环境与风机阵吹风试验环境一致性条件对比分析结果表明：31台XDAJ-7.1型双轴对旋射流风机至上而下交错排列组成10-11-10的风机阵列，各风机水平、竖向中心间距均为1.10m且风机阵中心距地面高度为2.95m时，风机阵流场于10m断面处，形成了约9.0m（宽）×3.5m（高）流场特性稳定区域；与二类粗糙度地区八级风场特性要求相比，平均风速剖面平均偏差8.1%，湍流强度剖面平均偏大1.5倍，脉动风功率谱与目标谱（Karman谱）相比低频段存在一定误差，湍流积分尺度偏差为7.05%12.9%。3.探讨了风机阵吹风试验系统流场品质评价方法，分析了其测试技术方案，给出了衡量风机阵流场品质优劣指标的建议值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗风性能研究方法发展现状
• 1.2.1 现场实测方法分析
• 1.2.2 数值风洞方法分析
• 1.2.3 风洞试验方法分析
• 1.3 风机阵吹风试验方法分析
• 1.4 研究目的及主要研究内容
• 第2章 大气边界层风机阵吹风试验方法一致性条件分析
• 2.1 模型试验与相似理论分析
• 2.2 自然环境与风机阵吹风试验环境一致性条件分析
• 2.2.1 风机阵吹风试验环境控制参量的确定
• 2.2.2 风机阵吹风试验环境相似准则分析
• 2.3 足尺试验时自然环境与风机阵试验环境一致性条件分析
• 2.3.1 平均风速剖面相似条件分析
• 2.3.2 湍流强度剖面相似条件分析
• 2.3.3 脉动风功率谱相似条件分析
• 2.3.4 湍流积分尺度相似条件分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 风机阵吹风试验系统研究
• 3.1 轴流风机方案比选分析
• 3.2 基于数值风洞技术的单风机外流场计算分析与试验验证
• 3.2.1 流体动力学控制方程及数值风洞方法分析
• 3.2.2 SFG7-4 型轴流风机外流场计算分析及试验验证
• 3.2.3 XDAJ-7.1 型双轴对旋射流风机外流场计算分析及试验验证
• 3.3 风机阵流场特性数值模拟分析
• 3.3.1 风机阵布置方案
• 3.3.2 基于 RANS 方法的风机阵流场分布规律分析
• 3.3.3 自然环境与风机阵吹风试验环境一致性条件对比分析
• 3.3.4 基于非平衡态热力学的风机阵流场湍流成因分析
• 3.3.5 基于 LES 方法的风机阵流场时频域特性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 风机阵流场品质评价方法探讨
• 4.1 风机阵流场品质评价技术指标分析
• 4.2 风机阵流场品质测试技术方案分析
• 4.2.1 测试仪器选择
• 4.2.2 检测区及检测点的选取
• 4.2.3 风机阵流场测试方法分析
• 4.3 风机阵流场品质调试方法分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献