一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法技术

一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，步骤为：采集四组自然风风速数据；在风速数据库中任取一组风速数据，提取最大和最小风速，确定最小变化到最大风速累计时长t，求出累计时长t占数据总时长的比例K；取最大和最小风速出现的平均间隔时间为0.5T，按照0.5KT计算每个风速在0.5T周期内所占时间t′，按从小到大顺序将0.5T周期内的每个风速与t′对应，形成0.5T周期内的自然风速随时长变化曲线，以0.5T为时间轴进行对称，形成一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；获取其他三组风速数据下的周期T内的自然风速随时长变化曲线；按照上述曲线中的风速对吹风进行调节，测量调速器电压信号，与t′形成风蚀风洞的风速控制信号曲线，按该曲线调节吹风模拟自然风。

A Natural Wind Simulation Method for Wind Erosion Wind Tunnel Experiments

A natural wind simulation method for wind erosion wind tunnel experiment is presented. The steps are as follows: collecting four groups of natural wind speed data; selecting a group of wind speed data in the wind speed database, extracting the maximum and minimum wind speed, determining the cumulative time length from the minimum change to the maximum wind speed, and calculating the proportion K of the cumulative time t to the total time of data; taking the average interval time between the maximum and minimum wind speed as 0.5T, according to the data set. 0.5KT calculates the time t'of each wind speed in 0.5T cycle, and corresponds each wind speed in 0.5T cycle with t' in order from small to large, forming a curve of natural wind speed changing with time in 0.5T cycle, symmetrical with 0.5T as time axis, forming a curve of natural wind speed changing with time in complete cycle T; Obtaining the natural wind speed changing with time in other three groups of wind speed data in cycle T. According to the wind speed in the above curve, the wind speed is adjusted, the voltage signal of governor is measured, and the wind speed control signal curve of wind erosion tunnel is formed with t'. According to the curve, the wind speed is adjusted to simulate natural wind.

【技术实现步骤摘要】
一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法
本专利技术属于风洞实验
，特别是涉及一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法。
技术介绍
风蚀即风的侵蚀作用，指在风力作用下地表物质被侵蚀、磨蚀并被带走的过程。当风吹过地表时，产生紊流使沙离开地表，从而使地表物质遭受破坏，此时被称为吹蚀作用；当风沙流紧贴地面迁移时，沙砾对地面物质的冲击、摩擦作用被称为磨蚀作用。在风日多、风速大的干燥区，风蚀作用极为盛行，在陡峭的岩壁上，经风蚀形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑被称为风蚀壁龛；孤立突起的岩石，经长期风蚀易形成柱状，被称风蚀柱；当形成顶部大、基部小的形似蘑菇的岩石则被称风蚀蘑菇；松散物质组成的地面经风吹蚀，形成宽广而轮廓不大明显的风蚀洼地，它们多呈椭圆形且成行分布，并沿主要风向伸展；对于干旱及半干旱区的耕地来说，如果没有防风设施，则很易受到风蚀，土粒吹蚀后形成风蚀沙地，沙粒及岩石碎屑吹蚀后使石砾或基岩裸露，被称为砾漠或石漠(又称戈壁)。风洞是能人工产生和控制气流以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道试验设备。风洞的动力段装有电机及风扇系统，电机在交流变频调速下旋转，带动桨叶同步转动，以将电能转变为桨叶的机械能，而桨叶的机械能将进一步转变为空气介质的压力能，从而在风洞管道内产生介质的流动；通过对气流的修整，使之成为均匀平稳的气流，以便满足试验用流场；因此，风洞被广泛应用到空气动力学各个领域，风蚀风洞便是其中一种风洞，其用于模拟风的侵蚀作用。但是，尽管风蚀风洞在在结构上与传统风洞存在不同之处，但风蚀风洞对实验风速的控制仍然是稳定的风速，而稳定的风速显然与自然风相比缺失了真实性，稳定风速下获取的实验数据也必然导致可信度降低。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，能够在风蚀风洞实验过程中模拟自然风进行输出，有效提高实验数据的真实性和可信度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，包括如下步骤：步骤一：在风蚀现场采集自然风的风速数据，风速数据分为四组，包括春季风速数据、夏季风速数据、秋季风速数据及冬季风速数据，四组风速数据的采集时间均为7天，且7天的风速数据均采用连续采集方式进行采集，最后由四组风速数据构成自然风风速数据库；步骤二：在自然风风速数据库中任取一组风速数据，并从选取的风速数据中提取最大风速和最小风速，最大风速记为Vmax，最小风速记为Vmin，确定由最小风速Vmin变化到最大风速Vmax的累计时长，并将该累计时长记为t，然后求出累计时长t占该组风数数据总时长的比例，该组风数数据总时长记为t总，该比例记为K，且K＝t/t总；步骤三：取最大风速Vmax和最小风速Vmin出现的平均间隔时间，将该平均间隔时间记为0.5T，然后计算每个风速在0.5T周期内所占的时间，该时间记为t′，且t′＝0.5KT；然后按从小到大的顺序将0.5T周期内的每个风速与t′对应，并形成0.5T周期内的自然风速随时长变化曲线，在该曲线内的0.5T周期处为风速的最大值，再把该曲线以0.5T周期处的时间轴进行对称，以形成一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；步骤四：重复步骤二和步骤三，获取其他三组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；步骤五：任取一组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线，在风蚀风洞中按照该曲线中的风速对吹风进行调节，并测量风速风洞中调速器控制信号的数值并进行记录，再与t′形成风蚀风洞的风速控制信号曲线；步骤六：重复步骤五，获取其他三组风速数据下的风蚀风洞的风速控制信号曲线；步骤七：在风蚀风洞实验中，按照步骤六中获取的风蚀风洞的风速控制信号曲线进行吹风调节，完成自然风的模拟。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，能够在风蚀风洞实验过程中模拟自然风进行输出，有效提高实验数据的真实性和可信度。附图说明图1为实施例中春季风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线图；图2为实施例中春季风速数据下的风蚀风洞的风速控制信号曲线图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本实施例中，用于风蚀现场进行风速数据采集的设备为FC-1W-2型无线风速仪，且设定每3秒采集一次风速数据。一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，包括如下步骤：步骤一：在风蚀现场采集自然风的风速数据，风速数据分为四组，包括春季风速数据、夏季风速数据、秋季风速数据及冬季风速数据，四组风速数据的采集时间均为7天，且7天的风速数据均采用连续采集方式进行采集，最后由四组风速数据构成自然风风速数据库；本实施例中，每个季节内可以任意选取一个连续的7天，并在7天的时间内进行风速数据的连续采集；步骤二：在自然风风速数据库中任取一组风速数据(以春季风速数据为例)，并从选取的风速数据中提取最大风速和最小风速，最大风速记为Vmax，最小风速记为Vmin，确定由最小风速Vmin变化到最大风速Vmax的累计时长，并将该累计时长记为t，然后求出累计时长t占该组风数数据总时长的比例，该组风数数据总时长记为t总，该比例记为K，且K＝t/t总；本实施例中，Vmax＝10m/s，Vmin＝0m/s，t总＝604800s；步骤三：取最大风速Vmax和最小风速Vmin出现的平均间隔时间，将该平均间隔时间记为0.5T，然后计算每个风速在0.5T周期内所占的时间，该时间记为t′，且t′＝0.5KT，见表1；然后按从小到大的顺序将0.5T周期内的每个风速与t′对应，并形成0.5T周期内的自然风速随时长变化曲线，在该曲线内的0.5T周期处为风速的最大值，再把该曲线以0.5T周期处的时间轴进行对称，以形成一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线，如图1所示；本实施例中，T＝600s；表1风速(m/s)012345678910t(s)2419236288483846652878624846729072078624483843628812096K0.040.060.080.110.130.140.150.130.080.060.02t′(s)121824333942453924186步骤四：重复步骤二和步骤三，获取其他三组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；步骤五：任取一组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线，在风蚀风洞中按照该曲线中的风速对吹风进行调节，并测量风速风洞中调速器控制信号(电压信号)的数值并进行记录(见表2)，再与t′形成风蚀风洞的风速控制信号曲线，如图2所示，可见风蚀风洞的风速控制信号曲线与一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线的外形完全相同，区别仅为数量级的不同；表2风速(m/s)012345678910电压(V)00.090.180.280.360.480.560.680.780.891.01t′(s)121824333942453924186步骤六：重复步骤五，获取其他三组风速数据下的风蚀风洞的风速控制信号曲线；步骤七：在风蚀风洞实验中，按照步骤六中获取的风蚀风洞的风速控制信号曲线进行吹风调节，完成自然风的模拟。在模拟自然风的过程中，可以不同季本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，其特征在于如下步骤：步骤一：在风蚀现场采集自然风的风速数据，风速数据分为四组，包括春季风速数据、夏季风速数据、秋季风速数据及冬季风速数据，四组风速数据的采集时间均为7天，且7天的风速数据均采用连续采集方式进行采集，最后由四组风速数据构成自然风风速数据库；步骤二：在自然风风速数据库中任取一组风速数据，并从选取的风速数据中提取最大风速和最小风速，最大风速记为Vmax，最小风速记为Vmin，确定由最小风速Vmin变化到最大风速Vmax的累计时长，并将该累计时长记为t，然后求出累计时长t占该组风数数据总时长的比例，该组风数数据总时长记为t总，该比例记为K，且K＝t/t总；步骤三：取最大风速Vmax和最小风速Vmin出现的平均间隔时间，将该平均间隔时间记为0.5T，然后计算每个风速在0.5T周期内所占的时间，该时间记为t′，且t′＝0.5KT；然后按从小到大的顺序将0.5T周期内的每个风速与t′对应，并形成0.5T周期内的自然风速随时长变化曲线，在该曲线内的0.5T周期处为风速的最大值，再把该曲线以0.5T周期处的时间轴进行对称，以形成一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；步骤四：重复步骤二和步骤三，获取其他三组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线；步骤五：任取一组风速数据下的一个完整周期T内的自然风速随时长变化曲线，在风蚀风洞中按照该曲线中的风速对吹风进行调节，并测量风速风洞中调速器控制信号的数值并进行记录，再与t′形成风蚀风洞的风速控制信号曲线；步骤六：重复步骤五，获取其他三组风速数据下的风蚀风洞的风速控制信号曲线；步骤七：在风蚀风洞实验中，按照步骤六中获取的风蚀风洞的风速控制信号曲线进行吹风调节，完成自然风的模拟。...

【技术特征摘要】
1.一种用于风蚀风洞实验的自然风模拟方法，其特征在于如下步骤：步骤一：在风蚀现场采集自然风的风速数据，风速数据分为四组，包括春季风速数据、夏季风速数据、秋季风速数据及冬季风速数据，四组风速数据的采集时间均为7天，且7天的风速数据均采用连续采集方式进行采集，最后由四组风速数据构成自然风风速数据库；步骤二：在自然风风速数据库中任取一组风速数据，并从选取的风速数据中提取最大风速和最小风速，最大风速记为Vmax，最小风速记为Vmin，确定由最小风速Vmin变化到最大风速Vmax的累计时长，并将该累计时长记为t，然后求出累计时长t占该组风数数据总时长的比例，该组风数数据总时长记为t总，该比例记为K，且K＝t/t总；步骤三：取最大风速Vmax和最小风速Vmin出现的平均间隔时间，将该平均间隔时间记为0.5T，然后计算每个风速在0.5T周期内所占的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国文，朱建勇，王成军，张庆营，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21