基于皮托管的风速风向测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于皮托管的风速风向测量方法，包括步骤：S1.根据雷诺数判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流；若是，则进入步骤S2，若否，则继续判断；S2.分别测量N个皮托管的动压得到N个动压值，并确定N个动压值中的最大动压值P

Wind speed and direction measurement method based on pitot tube

【技术实现步骤摘要】
基于皮托管的风速风向测量方法


[0001]本专利技术涉及风速风向测量领域，具体涉及一种基于皮托管的风速风向测量方法。

技术介绍

[0002]风是一种由许多在时空上随机变化的小尺度脉动叠加而成的自然现象，也是在大尺度规则气流上的矢量，主要包括风速、风向角这二个参数。作为一种很常见的自然现象，风的准确测量在工业、气象和航运等领域中，正发挥着越来越重要的作用。无论是气象应用还是风能利用，首要的任务就是准确获得风矢量信息。高质量风矢量测量仪器的设计将为气象应用与风能利用提供有力的支持。
[0003]近年来，基于皮托管原理的定向风参数测量技术越来越成熟，且与基于机械式、热敏式和激光多普勒式等的测风技术相比，具有结构简单、制造方便、价格便宜、测量范围大、高风速测量时精确度高且分辨率好等优点，因此被广泛关注。但现有的基于皮托管原理进行自然风的风矢量测量时，只能测量定向风向的风速，无法测量变方向的风向角，因而使得使用范围受到极大限制。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于皮托管的风速风向测量方法，能够同时测量风速以及风向，测量准确度高，应用范围广，提高了风能的利用效率，为各科学研究以及工程应用领域提供了有力支持。
[0005]本专利技术的基于皮托管的风速风向测量方法，包括如下步骤：
[0006]S1.判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流；若是，则进入步骤S2，若否，则继续判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流；
[0007]S2.分别测量N个皮托管的动压得到N个动压值，并确定N个动压值中的最大动压值P
max
，将取得最大动压值P
max
的皮托管作为目标皮托管；其中，所述N个皮托管围绕设定的圆形周向均匀布置，所述N为不小于6的正整数；
[0008]S3.确定与所述目标皮托管相邻的两个皮托管，并获取所述两个皮托管分别对应的动压值P
a
与P
b
，将动压值P
a
与P
b
中绝对值最大的动压值作为动压值P
abs
；
[0009]S4.根据最大动压值P
max
与动压值P
abs
，确定目标皮托管的全压管方向与风向的夹角及风速的实际动压值P；
[0010]S5.根据目标皮托管的全压管方向与风向的夹角，确定目标区域所处环境的风向；根据风速的实际动压值P确定目标区域所处环境的风速。
[0011]进一步，步骤S1中，判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流，具体包括：
[0012]S11.确定目标区域所处环境流场中皮托管的雷诺数；
[0013]所述雷诺数R
e
＝ρVd/μ，其中，V为目标区域所处环境的风速，ρ为目标区域所处环境的空气密度，μ为目标区域所处环境的空气黏性系数，d为所述皮托管的外管直径；
[0014]S12.判断雷诺数R
e
的取值是否在设定的阈值范围内，若是，则皮托管的圆柱绕流
为亚临界绕流；若否，则皮托管的圆柱绕流不为亚临界绕流。
[0015]进一步，所述最大动压值P
max
为：
[0016]P
max
＝P
·
(1
‑
4sin2θ)；
[0017]其中，P为风速的实际动压值，θ为目标皮托管的全压管方向与风向的夹角。
[0018]进一步，所述动压值P
abs
为：
[0019]P
abs
＝P
·
[1
‑
4sin2(60
°‑
θ)]；
[0020]其中，P为风速的实际动压值，θ为目标皮托管的全压管方向与风向的夹角。
[0021]进一步，根据如下公式确定目标区域所处环境的风速V：
[0022][0023]其中，P为风速的实际动压值；ρ为目标区域所处环境的空气密度。
[0024]进一步，步骤S5中，确定目标区域所处环境的风向，具体包括：
[0025]S51.确定目标区域所处环境的风向角β：
[0026][0027]其中，i为目标皮托管的编号，j为动压值为P
abs
的皮托管的编号，所述皮托管的编号序列为(1,2,
…
,N)；
[0028]S52.安装时将编号为1的皮托管全压管方向安装在正北方向，则有：
[0029]若β＝0
°
，则风向为北风；若β＝45
°
，则风向为东北风；若0<β<45
°
或45
°
<β<90
°
，则风向为北偏东β
°
；
[0030]若β＝90
°
，则风向为东风；若β＝135
°
，则风向为东南风；若90
°
<β<135
°
或135
°
<β<180
°
，则风向为东偏南(β
‑
90)
°
；
[0031]若β＝180
°
，则风向为南风；若β＝225
°
，则风向为西南风；若180
°
<β<225
°
或225
°
<β<270
°
，则风向为南偏西(β
‑
180)
°
；
[0032]若β＝270
°
，则风向为西风；若β＝315
°
，则风向为西北风；若270
°
<β<315
°
或315
°
<β<360
°
，则风向为西偏北(β
‑
270)
°
。
[0033]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种基于皮托管的风速风向测量方法，通过在被测目标区域设置若干个周向均匀布置的皮托管，并选取其中两个皮托管的动压值，来计算风向与选取的两根皮托管的夹角，根据夹角确定风流的风向，再进一步计算出风速。本专利技术能够同时测量风速以及风向，测量精确度高，应用范围广，能用于风力发电提高风能的利用效率，为各科学研究以及工程应用领域提供了有力支持。
附图说明
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0035]图1为本专利技术的方法流程示意图；
[0036]图2为本专利技术的6根皮托管周向均匀布置示意图。
具体实施方式
[0037]以下结合说明书附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于皮托管的风速风向测量方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流；若是，则进入步骤S2，若否，则继续判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流；S2.分别测量N个皮托管的动压得到N个动压值，并确定N个动压值中的最大动压值P
max
，将取得最大动压值P
max
的皮托管作为目标皮托管；其中，所述N个皮托管围绕设定的圆形周向均匀布置，所述N为不小于6的正整数；S3.确定与所述目标皮托管相邻的两个皮托管，并获取所述两个皮托管分别对应的动压值P
a
与P
b
，将动压值P
a
与P
b
中绝对值最大的动压值作为动压值P
abs
；S4.根据最大动压值P
max
与动压值P
abs
，确定目标皮托管的全压管方向与风向的夹角及风速的实际动压值P；S5.根据目标皮托管的全压管方向与风向的夹角，确定目标区域所处环境的风向；根据风速的实际动压值P确定目标区域所处环境的风速。2.根据权利要求1所述的基于皮托管的风速风向测量方法，其特征在于：步骤S1中，判断皮托管的圆柱绕流是否为亚临界绕流，具体包括：S11.确定目标区域所处环境流场中皮托管的雷诺数；所述雷诺数R
e
＝ρVd/μ，其中，V为目标区域所处环境的风速，ρ为目标区域所处环境的空气密度，μ为目标区域所处环境的空气黏性系数，d为所述皮托管的外管直径；S12.判断雷诺数R
e
的取值是否在设定的阈值范围内，若是，则皮托管的圆柱绕流为亚临界绕流；若否，则皮托管的圆柱绕流不为亚临界绕流。3.根据权利要求1所述的基于皮托管的风速风向测量方法，其特征在于：所述最大动压值P
max
为：P
max
＝P
·
(1
‑
4sin2θ)；其中，P为风速的实际动压值，θ为目标皮托管的全压管方向与风向的夹角。4.根据权利要求1所述的基于皮托管的风速风向测量方法，其特征在于：所述动压值P
abs
为：P
abs
＝P
·
[1
‑
4sin2(60
°‑
θ)]；其中，P为风速的实际动压值，θ为目标皮托管的全压管方向与风向的夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴良，朱梅林，郑华龙，张志劲，胡琴，蒋佑喜，李卓君，
申请(专利权)人：重庆地格科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：