一种基于六分法皮托管风速风向测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，它包括：计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流；亚临界扰流压力曲线跟理想曲线吻合；采用6根皮托管测量风速风向；设每根皮托管的动压为P

【技术实现步骤摘要】
一种基于六分法皮托管风速风向测量方法
本专利技术属于风速测量
，尤其涉及一种基于六分法皮托管风速风向测量方法。技术背景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2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数据。近年来，基于皮托管原理的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测量风向时只能测量定向风向，并不能测量自然风瞬时风速风向等；而瞬时暂态风的测量对提高风能的利用效率及监测输电线路覆冰环境参数具有重要意义；因此不能提高风能的利用效率，又能监测输电线路覆冰环境参数，保证输电线路系统的安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，以解决现有技术不能精确测量自然风瞬时风速风向等技术问题。本专利技术技术方案：一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，它包括：步骤1、根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流；步骤2、计算流体作用在圆柱体上任意一点的压力；根据圆柱表面压力分布曲线得出当皮托管开口方向与风向的夹角在0～60°范围内时，亚临界扰流压力曲线跟理想曲线吻合；步骤3、根据步骤2的结果采用6根皮托管测量风速风向；步骤4、设每根皮托管的动压为P1，P2，P3，P4，P5和P6；比较P1，P2，P3，P4，P5和P6先选出最大风压值Pi，再比较与Pi相邻的两个皮托管动压值选出绝对值最大值Pj；步骤5、假设来流风速与最大风压值Pi所在管的位置夹角为θ，则与第二大风压值Pj所在管的位置夹角为(60°-θ)，算出风速动压值P与夹角θ；步骤6、根据皮托管测速原理，通过公式算出风速值；步骤7、根据夹角θ计算出风向角β，当j＝i+1时，β＝θ+(i-1)*60°；当j＝i-1时，β＝j*60°-θ；当i＝1，j＝6时，β＝360°-θ；当i＝6，j＝1时，β＝θ+300°；根据风向β得出风向。步骤1所述根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流的方法为：根据雷诺数Re＝ρVd/μ，V、ρ、μ分别为空气的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度，20℃时，ρ取1.293kg/cm3，μ取18.1*10-6kg/(m·s)，代入公式＝857V；风速范围在5m/s～40m/s时，Re为4285～34280，属于亚临界绕流；理想流体是不可压缩、不计粘性的流体。步骤2所述计算流体作用在圆柱体上任意一点的压力的方法为：理想流体平行流绕圆柱作无环量流动时，圆柱体表面的速度Vδ分布规律是：Vδ＝-2V∞sinθ(1)理想流体平行流绕圆柱作无环量流动时，圆柱体表面任一点的压力P全，由伯努利方程得出：式中：P∞为无穷远处流体的压力；V∞为无穷远处流体的流速；ρ为空气密度；工程上用无因次的压力系数CP来表示液体作用在物体上的任一点压力，由式(1～2)得到绕圆柱体流动的理论压力系数：所述6根皮托管的排列方式为：6根皮托管在平面内成60°布置。风速动压值P与夹角θ的计算公式为：Pi＝P·Cp(θ)＝P·(1-4sin2θ)(4)Pj＝P·Cp(60°-θ)＝P·[1-4sin2(60°-θ)](5)通过式(4～5)算出风速动压值P与夹角θ。步骤6所述根据皮托管测速原理，通过公式算出风速值的方法为：风速传感器测风速采用皮托管测速原理；皮托管由两支管制成，一方为全压端，另一方为静压端；根据伯努利方程，动压等于全压与静压之差；动压和速度的平方成正比，风速计算公式为：式中：V为风速，单位m/s；P总、P0为总压和静压，单位为Pa；ρ为空气密度，单位为kg/m3。根据风向角β得出风向的方法为：若β＝0°，风向为北风；若β＝45°，风向为东北风；若0<β<45°或45°<β<90°，风向为北偏东β°；若β＝90°，风向为东风；若β＝135°，风向为东南风；若90°<β<135°或135°<β<180°，风向为东偏南(β-90)°。根据风向角β得出风向的方法为：若β＝180°，风向为南风；若β＝225°，风向为西南风；若180°<β<225°或225°<β<270°，风向为南偏西(β-180)°；若β＝270°，风向为西风；若β＝315°，风向为西北风；若270°<β<315°或315°<β<360°，风向为西偏北(β-270)°。本专利技术有益效果：通过本专利技术，能够精确测量自然风瞬时风速风向，既能提高风能的利用效率，又能监测输电线路覆冰环境参数，保证输电线路系统的安全稳定运行；解决了现有技术不能精确测量自然风瞬时风速风向等技术问题。附图说明：图1为本专利技术的流程图；图2圆柱表面压力分布示意图；图3为6根皮托管排列方式示意图。具体实施方式：以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步详细说明，如图所示：本专利技术提供的一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，包括如下步骤：S1.根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围可得皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流。根据雷诺数Re＝ρVd/μ，其中V、ρ、μ分别为空气的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度，取12mm。20℃时，ρ取1.293kg/cm3，μ取18.1*10-6kg/(m·s)，代入公式可得＝857V。风速范围在5m/s～40m/s时，Re为4285～34280，属于亚临界绕流。理想流体是不可压缩、不计粘性的流体。S2.根据流体力学原理，圆柱表面压力分布如图2所示。根据图2可知，根据圆柱表面压力分布曲线可知，当皮托管开口方向与风向的夹角在0～60°范围内时，亚临界扰流压力曲线跟理想曲线基本吻合。图2中CP为无因次的压力系数，表示流体作用在物体上的任一点压力。理想流体平行流绕援助作无环量流动时，圆柱体表面的速度Vδ分布规律是：Vδ＝-2V∞sinθ(1)理想流体平行流绕援助作无环量流动时，圆柱体表面任一点的压力P全，可由伯努利方程得出：式中：P∞为无穷远处流体的压力；V∞为无穷远处流体的流速；ρ为空气密度。工程上习惯于用无因次的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，它包括：/n步骤1、根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流；/n步骤2、计算流体作用在圆柱体上任意一点的压力；根据圆柱表面压力分布曲线得出当皮托管开口方向与风向的夹角在0～60°范围内时，亚临界扰流压力曲线跟理想曲线吻合；/n步骤3、根据步骤2的结果采用6根皮托管测量风速风向；/n步骤4、设每根皮托管的动压为P

【技术特征摘要】
1.一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，它包括：
步骤1、根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流；
步骤2、计算流体作用在圆柱体上任意一点的压力；根据圆柱表面压力分布曲线得出当皮托管开口方向与风向的夹角在0～60°范围内时，亚临界扰流压力曲线跟理想曲线吻合；
步骤3、根据步骤2的结果采用6根皮托管测量风速风向；
步骤4、设每根皮托管的动压为P1，P2，P3，P4，P5和P6；比较P1，P2，P3，P4，P5和P6先选出最大风压值Pi，再比较与Pi相邻的两个皮托管动压值选出绝对值最大值Pj；
步骤5、假设来流风速与最大风压值Pi所在管的位置夹角为θ，则与第二大风压值Pj所在管的位置夹角为(60°-θ)，算出风速动压值P与夹角θ；
步骤6、根据皮托管测速原理，通过公式算出风速值；
步骤7、根据夹角θ计算出风向角β，当j＝i+1时，β＝θ+(i-1)*60°；当j＝i-1时，β＝j*60°-θ；当i＝1，j＝6时，β＝360°-θ；当i＝6，j＝1时，β＝θ+300°；根据风向β得出风向。


2.根据权利要求1所述的一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，其特征在于：步骤1所述根据雷诺数计算公式，计算皮托管测风速时工作环境下流场的雷诺数，根据雷诺数范围得出皮托管圆柱绕流属于亚临界绕流的方法为：根据雷诺数Re＝ρVd/μ，V、ρ、μ分别为空气的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度，20℃时，ρ取1.293kg/cm3，μ取18.1*10-6kg/(m·s)，代入公式＝857V；风速范围在5m/s～40m/s时，Re为4285～34280，属于亚临界绕流；理想流体是不可压缩、不计粘性的流体。


3.根据权利要求1所述的一种基于六分法皮托管风速风向测量方法，其特征在于：步骤2所述计算流体作用在圆柱体上任意一点的压力的方法为：
理想流体平行流绕圆柱作无环量流动时，圆柱体表面的速度Vδ分布规律是：
Vδ＝-2V∞sinθ(1)
理想流体平行流绕圆柱作无环量流动时，圆柱体表面任一点的压力P全，由伯努利方程得出：



式中：P∞为无穷远处流体的压力；V∞为无穷远处流体的流速；ρ为空...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓红，黄欢，蒋兴良，牛唯，朱梅林，郑华龙，吕黔苏，张志劲，曾华荣，吴建蓉，杨旗，张露松，杨柳青，刘康，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52