一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法，所述系统包括：多道热线风速测量系统、自动化标定系统和同步测量探针装置；所述同步测量探针装置包括三维移测机构和与垂直采样耙，所述垂直采样耙上按预设间隔最多能固定60个探头支架。本发明专利技术提供的系统和方法能在风洞实验中对流体进行多点同步性、实时性测量，能适用非定常流场的测量要求。

【技术实现步骤摘要】
一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法
本专利技术属于风洞中流场测量
，具体涉及一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法。
技术介绍
风洞实验的目的是通过风速测量形成所要模拟的大气边界层结构，研究污染物在大气中的流动特征，因此关键是实验测量系统以及测量方法。在流场测量研究中，目前国内常用的测量方法主要有热线风速仪(hotwireanemometry,HWA)，在国外，热线风速仪也是流体测量的主要手段。基于热平衡原理的热线风速仪，由于测速范围大，频响高，灵敏度和精度好，在湍流测量方面有明显的优势。到目前为止，热线风速仪仍是国内开展平均风速和湍流测量的主要仪器。虽然热线风速仪是流体测量的主要手段，但其缺点是只能进行单点测量，对稳态或者近稳态流场尚可应用，却不适用于非定常流场的研究。风洞的特点就是重复性强，模拟条件易于再现。但流场也具有不可逆性，风速及湍流强度也不可能完全再现，传统测量手段由于只能进行单点测量，已愈来愈不能满足对某些非定常流场的测量，如对流场某个特定区域的瞬时的规律性研究，这要求测量应具有同步性、实时性。单点测量对整个流场剖面分布及规律性研究来说有很大的局限性，因此，有必要专利技术了一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法以解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统和方法，能借助设计独特的垂直采样耙及三维移测机构，可在模拟区域任一位置进行垂向剖面的同步探测，实现了对特定区域流场的实时的、同步的自动化测量。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，所述系统包括：多道热线风速测量系统、自动化标定系统和同步测量探针装置；所述同步测量探针装置包括三维移测机构和与垂直采样耙，所述垂直采样耙上按预设间隔最多能固定60个探头支架。进一步的，所述垂直采样耙孔的预设间距可自动调节，间距范围为1-3cm，可进行最高1200mm垂直范围内剖面的流场测量。进一步的，所述同步测量探针装置还包括热线探头，所述热线探头为一维热线探头、二维热线探头或三维热线探头。进一步的，所述三维移测机构移动范围为：轴向0-30米，横向0-3.5米，垂向0-2.5米。为达到以上目的，本专利技术还提供一种技术方案是：一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量方法，所述方法包括：(1)实用性处理：确定实验的模型缩比、模拟相似指标、动力和边界条件；(2)标定热线探头；(3)按需求接插二维探头进行速度测量；(4)同步自动化流场测量数据处理与分析，得到为不同纵向轴线位置的归一化平均速度廓线、湍强和雷诺应力分布、归一化速度廓线、湍强和雷诺应力。进一步的，步骤(1)中所述实验的模型缩比是根据根据模拟对象、模拟范围、几何相似和排放条件相似确定的。进一步的，步骤(1)中是根据运动相似准则，以原型全尺度资料模拟背景流场结构，取上游平均风速廓线、湍流强度用其垂直颁布等特征量作为所述模拟相似指标。进一步的，步骤(2)具体包括：多通道热线风速仪系统在使用前对探头进行标定，标定方程选用King定理的形式，即其中，E为热线感应的电压(V)，Ueff为热线感应的有效冷却速度(m/s),A、B和n为校准常数，n＝0.45。进一步的，步骤(3)具体包括：在风洞模拟实验中，根据需求在环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统中接插热线探头进行速度测量，得到平均速度U和W以及脉动速度分量的方差本专利技术的效果在于，采用本专利技术所述的系统和方法：1.能借助设计独特的垂直采样耙及三维移测机构，可在模拟区域任一位置进行垂向剖面的同步探测，实现了对特定区域流场的实时的、同步的自动化测量。2.可以利用自动化标定装置系统对多探头进行自动化标定。3.还建立了一套适用于同步自动化流场测量的数据处理与分析方法，能考虑到大气物理模拟的复杂性与适用性原则，在测量的同时也对相似准则进行了进一步的选取与确定。附图说明图1是本专利技术所述系统一实施例的结构示意图；图2是本专利技术所述方法一实施例的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。参阅图1，图1是本专利技术所述系统一实施例的结构示意图。环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统包括：多道热线风速测量系统、自动化标定系统和同步测量探针装置。同步测量采样装置放置于大气边界层风洞实验段内。优选的，该风洞为大气边界层环境风洞，风洞长71.1m，截面为5m×3.5m，实验段长约30m。所述同步测量探针装置包括三维移测机构31和与垂直采样耙32，所述垂直采样耙32上按预设间隔最多固定60个探头支架。优选的，垂直采样耙孔32的预设间距可自动调节，间距范围为1-3cm，可进行最高1200mm垂直范围内剖面的流场测量。三维移测机构31可分别在X、Y、Z三个方向进行移动，移动到测量位置后，可进行此位置的整个流场剖面的垂直同步测量。所述三维移测机构31移动范围为：轴向0-30米，横向0-3.5米，垂向0-2.5米。所述同步测量探针装置还包括热线探头33，所述热线探头33为一维热线探头、二维热线探头或三维热线探头。其中，二维热线探头是由两根长度1.25mm直径5чm的镀金钨丝交叉布置构成。自动化标定装置系统放置于风洞实验段外侧，由自动化标定器21与主控电脑22组成，可完成多个热线探头33的自动化标定。多通道热线风速测量系统放置在风洞实验室内的平台上，主机系统由若干台CTA热线风速仪主机1组合在一起，构成同步测量系统。每台测量仪主机测量的信号都分别接入多通道A/D板，然后经信号电缆线连接到主控电脑22中，由主控电脑22进行测量控制、存储、显示。环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统有以下技术特点：(1)同步实时测量，高瞬态解决方案，可测量探测区域整个垂直剖面的流场；(2)应用软件系统支持系统设置、多探头标定、数据获取数据分析；(3)高空间分辨率，可测量尺度几分之一毫米的涡；(4)实时连续信号输出，提供整个频率范围内的全部信息。本专利提供的环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统相对于现有技术有以下改进：(1)多点测量，160路通道输出，最多可插接60个二维热线探头；(2)垂直采样耙孔间距1～3cm，可插接最多60个探头支架，可进行最高1200mm垂直范围内剖面的流场测量；(3)测量风速范围：0.2～300m/s；(4)频响范围：0～450KHZ；(5)测量精度：取决于标定精度，典型值0.5％，不超过±2％。区别于现有技术，本专利技术提供的一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，设计独特的采样耙装置，可安实际采样需求安装多个探头支架，最多可以携带60个热线探头。将垂直采样耙装置固定到三维移测车上，借助三维移测机构，可在模拟区域任一位置进行探测。实现了流场整个垂直剖面同步的、实时的自动化测量。本专利技术提供的一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量方法建立的依据如下：大气边界层环境风洞模拟实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，其特征在于，所述系统包括：多道热线风速测量系统、自动化标定系统和同步测量探针装置；所述同步测量探针装置包括三维移测机构和与垂直采样耙，所述垂直采样耙上按预设间隔最多能固定60个探头支架。

【技术特征摘要】
1.一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，其特征在于，所述系统包括：多道热线风速测量系统、自动化标定系统和同步测量探针装置；所述同步测量探针装置包括三维移测机构和与垂直采样耙，所述垂直采样耙上按预设间隔最多能固定60个探头支架。2.根据权利要求1所述一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，其特征在于，所述垂直采样耙孔的预设间距可自动调节，间距范围为1-3cm，可进行最高1200mm垂直范围内剖面的流场测量。3.根据权利要求1所述一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，其特征在于，所述同步测量探针装置还包括热线探头，所述热线探头为一维热线探头、二维热线探头或三维热线探头。4.根据权利要求1所述一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量系统，其特征在于，所述三维移测机构移动范围为：轴向0-30米，横向0-3.5米，垂向0-2.5米。5.一种环境风洞中同步自动化流场采样与测量方法，其特征在于，所述方法包括：(1)实用性处理：确定实验的模型缩比、模拟相似指标、动力和边界条件；(2)标定热线探头；(3)按需求接插二维探头进行速度测量；(4)同步自动化流场测量数据处理与分析，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭占杰，姚仁太，张俊芳，崔慧玲，李云鹏，徐向军，闫江雨，胡继民，张芳，吕明华，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14