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现代监控量测新技术课程讲义-大连理工大学土木水利试验教学中心.PDF

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现 代 监 控 量 测 新 技 术 课 程 讲 义 授课人: 许福友 单 位:大连理工大学 建设工程学部 编制日期: 2016 年11 月1 日 第一章:边界层风洞概述 风洞是指在一个按一定要求设计的管道系统内,采用动力装置驱动可控制的 气流,根据运动的相对性和相似性原理进行各种气动力试验的设备,如图 1-1 所示,主要有循环式和开口式风洞两类。图1-2 为大连理工大学风洞实验室外观。 图1-1 风洞布置示意图 图1-2 大连理工大学风洞外观 风洞是空气动力学研究和飞行器验证、大型土木工程结构抗风设计的最基本 的试验设备。主要特点: (1)风洞中的气流参数,如速度、演练、密度、温度等,都可以比较准确 地控制,并且随时可以改变、因而风洞试验可以方便、可靠地满足各种试验要求; (2)风洞试验在室内进行,一般不受大气环境(如季节、昼夜、风雨、气 温等)变化的影响,可以连续进行试验,因而风洞的利用率很高; (3)风洞试验时,试验数据的测力既方便又准确,而且比较安全; (4)风洞试验可以测试结构物的空气精力性能和动力性能; 风洞试验的不足之处主要包括: (1)风洞试验不能同时满足相似率所提出的所有相似准则,如雷诺数等; (2)风洞试验中,气流是有边界的,不可避免地存在洞壁的影响,称为洞 壁干扰。同时,模型支撑系统会影响模型流场,称为支架干扰,这些都影响流场 的几何相似。 第二章:风洞试验类型 风洞试验按不同的标准划分,有不同的分类。按被测量的参数类型划分,主 要有测速试验、测振试验、测力试验和测压试验。 2.1 测速试验 风速测定有多种方法和仪器设备,对于均匀流速,可以采用皮托管(图2-1) 和微压计(图2-2 )测量。对于高频脉动风速,可以采用热线风速仪(图2-3 和 2-4 )来测试。热线风速仪测试精度高,但容易损坏,且需要多次标定。可以采 用眼镜蛇脉动风速仪(图2-5 )来测三维脉动风速。图2-6 是风洞三维脉动风速 仪流场测试照片,图2-7 是典型脉动风速时程。 图2-1 皮托管测风速示意图 图2-2 微压计 图2-3 热线风速仪示意图 图2-4 热线风速仪测量系统 图2-5 眼镜蛇探头风速仪 图 2-6 风洞三维脉动风速仪流场测试 15 14 13 ) s 12 / m 11 ( U 10 9 wave 2: H=24m; distance=60m; statistics: 12.03; 0.37; -0.32; 13.73 8 7 0 5 10 15 20 25 30 35 40 t (s) 12.5 10.0 ) 7.5 s / m 5.0 ( U
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