基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法与流程

技术特征：

1.一种基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定圆柱在自由大气中的临界雷诺数和相对应的阻力系数；

步骤2，确定试验所需圆柱模型的外径：

第一步，确定风洞的试验风速；

第二步，确定试验所需圆柱模型的直径；

根据所确定的风洞风速，通过雷诺数计算公式(4)确定试验所需圆柱模型的直径；

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{\ρ}VD}{\mathrm{\μ}}=\frac{VD}{\mathrm{\ν}}---\left(4\right)$

式中，ρ,V,D,μ,v分别是气流密度、风速、圆柱外径、动力粘性系数、运动粘性系数；所述的气流密度ρ为风洞内的气流密度，在试验条件下即可测得；所述的动力粘性系数μ和运动粘性系数v通过萨瑟兰公式计算得到；如果给定拟测量湍流度的气流速度V，暂不考虑湍流度的影响，设定雷诺数为3.0×10⁵；通过公式(4)分别计算出与所确定的各试验风速对应的各圆柱模型1的外径；

步骤3，制作圆柱模型；

步骤4，安装圆柱模型；

步骤5，风洞吹风试验：

第一步，确定试验风速的附近风速；

第二步，通过雷诺数计算公式(4)分别计算出各试验风速所对应的雷诺数Re_试；

第三步，进行吹风试验；

开启风洞，按确定的与该圆柱模型对应的试验风速进行吹风试验；按确定的试验风速及各附近风速，以5m/s的间隔进行吹风试验；

第一次吹风：所述第一次吹风的风速为附近风速，测量尾迹测量耙的总压与静压；

完成第一次吹风；

第二次吹风：所述第二次吹风的风速仍为附近风速，第二次吹风的附近风速在第一次吹风风速的基础上增加5m/s；吹风中，测量尾迹测量耙的总压与静压；完成第二次吹风；

重复所述第一次吹风和第二次吹风的过程，按设定的5m/s的吹风间隔，依次完成所确定的附近风速及试验风速；在各吹风过程中，分别测量每次吹风试验时的尾迹测量耙的总压与静压；

至此，完成了第一根圆柱模型在对应的试验风速及附近风速下的吹风试验，并通过公式(4)得到各不同的风速分别对应的雷诺数Re_试；

步骤6，处理数据：

第一步，计算每次吹风试验时圆柱模型的阻力系数C_D试；

根据尾迹测量耙的总压和静压测量结果，通过公式(6)计算在不同风速下圆柱模型的阻力系数C_D试：

式中，P_oi为尾迹流动的总压；P为尾迹流动的静压；P₀为来流总压；P_∞为来流静压；积分限w表示积分沿法向在流动尾迹区进行；D为圆柱模型的直径；z为做吹风试验时空气流动的法向方向；

进而得到了不同雷诺数Re_试分别与圆柱的阻力系数C_D试的对应关系；

第二步，根据阻力系数C_D试与雷诺数Re_试的对应关系，得到该圆柱模型的临界雷诺数Re_li；

以雷诺数Re_试为横坐标，圆柱模型的阻力系数C_D试为纵坐标，绘制阻力系数C_D试对雷诺数Re_试的变化曲线；在阻力系数C_D试对雷诺数Re_试的变化曲线图中找出阻力系数C_D试为0.9所对应的雷诺数，即为该圆柱模型在风洞中的临界雷诺数Re_li柱；

步骤7，获得该圆柱模型所对应的试验风速下的湍流度ε：

通过公式(7)

TF＝3.0×10⁵/Re_li柱 (7)

计算气流的湍流度因子TF；

根据计算得到的湍流度因子TF，采用本湍流度ε随湍流度因子TF的变化关系确定该湍流度因子所对应的湍流度；

步骤8，对其余各不同直径的圆柱模型进行吹风试验：

重复步骤4～7；依次对其余各不同直径的圆柱模型在各圆柱所对应的风速下进行吹风试验；直至完成全部圆柱模型的吹风试验，并得到不同直径的圆柱模型在所对应的风速下的气流湍流度。

2.如权利要求1所述基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法，其特征在于，步骤1中，确定圆柱在自由大气中的临界雷诺数为3.0×10⁵，与该临界雷诺数相对应的阻力系数为0.9。

3.如权利要求1所述基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法，其特征在于，所述圆柱模型1均为中空回转体，各圆柱模型的外径D按确定的尺寸制作，各圆柱模型的长度L与风洞中的转动底盘表面至上转盘表面之间的距离相同。

4.如权利要求1所述基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法，其特征在于，安装圆柱模型时，将一根加工好的圆柱模型的两端分别与风洞试验段的转动底盘和上转盘固定连接；沿着该圆柱模型的来风方向，在距离圆柱模型后缘0.5～1.5D的位置安装尾迹测量耙，将该尾迹测量耙的总压管和静压管与测压仪器连通。

5.如权利要求1所述基于圆柱模型测量不同风速下气流湍流度的方法，其特征在于，所确定的附近风速的取值范围为该试验风速±10m/s；在该范围内每次吹风风速的间隔为5m/s。