专利名称：一种测量风速风向的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量风速风向的方法。
背景技术：
目前市面上测风仪主要分为机械式和非机械式两类。机械式主要包括风杯式和螺旋桨式，而由于日常使用中机械摩擦以及沙石对转动部件的击打作用，导致其使用寿命不高。特别是在低温结冰情况下，在2008年历史罕见的雨雪冰冻天气中，受灾省份大量机械式测风仪风向标、风杯被冻住而不能旋转，导致测 风仪失灵。非机械式主要包括热式(热线、热球)和超声波两类。热式测风仪其探针对流场有一定扰动，还具有热线易断裂、需定期维护与校准等缺点，因此其应用也比较局限。采用超声波测风虽然测量精度较高，但价格较昂贵，并且安装位置要求较高。而基于测力方式的测风仪市面上还未曾见到。圆柱与圆球测风速风向的相关研究有人在进行，但是圆柱与圆球在测量风速风向时会遇到空气动力学问题。圆柱与圆球绕流问题国内外学者早有研究，在雷诺数约在3X IO5时，其阻力系数会有个陡然下降的区域，称为临界雷诺区，即所受合力与风速不是完全的单调关系，在临界雷诺区，风速与圆柱与圆球所受气动力不是一一对应的。并且临界雷诺数的大小与来流湍流度、圆柱圆球表面粗糙度等因素相关，是变化的。当雷诺数Re较小时，其迎风面边界层均为层流，气流分离点位置靠前，在迎风侧85°左右，背风面分离区面积大、压力低。随着Re提高，达到临界雷诺数后，迎风面边界层流动在分离前转捩，分离为湍流分离。湍流由于内外层能量交换强烈，维持附壁流动能力强，因此分离点位置移后至背风面100°以后，背风面压力得到一定程度恢复，且分离区面积大大缩小，因此阻力系数阻力系数骤减。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种适用环境广的，测量结果更加精确可靠的测量风速风向的方法。本发明的目的通过下述技术方案予以实现采用风力接收装置，所述方法的主要步骤包括安装传感器、采集数据、将数据转换成矢量力、计算矢量合力、将矢量合力转换成风力风向并储存显示；所述风力接收装置的迎风受力体为钝体结构，该钝体结构不存在空气动力学中所定义的临界雷诺区。所述风力接收装置的与钝体结构连接的变形杆上按照设计确定的位置安装的传感器为拉伸应变片和压力应变片，该处的横截面为矩形，每个面上成对布置拉伸应变片和压力应变片。所述钝体结构为两块相互垂直布置的竖板。所述计算矢量合力的步骤中，拉伸应变片换成出来的矢量力与该拉伸应变片对面的压力应变片换成出来的矢量力相互叠加。与现有技术相比，本发明具有以下优点方法科学合理，解决了本技术领域的技术难题，克服了临界雷诺区的技术难题，使得测量精度更加精准可靠。
图I为本发明的方法采用钝体平板所受合力随风速变化曲线；
图2为背景技术圆柱与圆球所受合力随风速变化曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
采用风力接收装置，所述方法的主要步骤包括安装传感器、采集数据、将数据转换成矢量力、计算矢量合力、将矢量合力转换成风力风向并储存显示；所述风力接收装置的迎风受 力体为钝体结构，该钝体结构不存在空气动力学中所定义的临界雷诺区。所述风力接收装置的与钝体结构连接的变形杆上按照设计确定的位置安装的传感器为拉伸应变片和压力应变片，该处的横截面为矩形，每个面上成对布置拉伸应变片和压力应变片。所述钝体结构为两块相互垂直布置的竖板。所述计算矢量合力的步骤中，拉伸应变片换成出来的矢量力与该拉伸应变片对面的压力应变片换成出来的矢量力相互叠加。参考图1，本发明的方法中采用的风力接收装置的迎风受力体为钝体结构，且为两块相互垂直布置的竖板，竖板在风洞试验中遵循钝体绕流规律，即当气流流过竖板时，气流在竖板边沿必然分离，不存在临界雷诺区的问题。从图I中可以看到，其趋势为单调，竖板所受合力随风速呈一一对应关系，因此能够在任意风速下进行风速测量。风力接收装置采用相互垂直布置的两个竖板，能够检测到任意方位的风力大小。参考图2，风力接收装置采用圆柱与圆球时，在雷诺数约为3X105时，其阻力系数会有个陡然下降的区域，称为临界雷诺区，在临界雷诺区，风速与圆柱与圆球所受气动力不是一一对应的。并且临界雷诺数的大小与来流湍流度、圆柱圆球表面粗糙度等因素相关，是变化的。实施例
一、装置
风力接收装置的迎风受力体为采用相互垂直布置的两个竖板组成的钝体结构，钝体结构上连接变形杆，变形杆安装传感器的部位呈正方形横截面，采用空心结构。安装风力接收装置时，变形杆安装传感器的部位的矩形横截面的任意一根垂直中心线按照南北向布置。二.步骤
I、安装传感器在变形杆上按照设计确定的位置安装拉伸应变片和压力应变片，该处的横截面为矩形，每个面上成对布置拉伸应变片和压力应变片。2、采集数据公知的方法和技术。3、将数据转换成矢量力公知的方法和技术。4、计算矢量合力拉伸应变片换成出来的矢量力与其对面压力应变片换成出来的矢量力相互叠加，均采用公知的方法和技术。5、将矢量合力转换成风力风向公知的方法和技术。
6、储存显示公知的方法和技术。储存的数据备查。理论上讲，变形杆安装传感器的部位的矩形横截面的任意一根垂直中心线按照南北向布置，就能事先确定了一个与地球相对应的坐标关系，计算获得的矢量合力，不仅具有大小，而且具有方向。矢量合力的方向与方向一致， 而矢量合力的大小与风力的大小存在一定的关系，根据这个关系，列出关系式，就能够计算出风的大小。
权利要求
1.一种测量风速风向的方法，采用风力接收装置，所述方法的主要步骤包括安装传感器、采集数据、将数据转换成矢量力、计算矢量合力、将矢量合力转换成风力风向并储存显示；其特征在于所述风力接收装置的迎风受力体为钝体结构，该钝体结构不存在空气动力学中所定义的临界雷诺区。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述风力接收装置的与钝体结构连接的变形杆上按照设计确定的位置安装的传感器为拉伸应变片和压力应变片，该处的横截面为矩形，每个面上成对布置拉伸应变片和压力应变片。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述钝体结构为两块相互垂直布置的竖板。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述计算矢量合力的步骤中，拉伸应变片换成出来的矢量力与该拉伸应变片对面的压力应变片换成出来的矢量力相互叠加。
全文摘要
本发明公开了一种测量风速风向的方法，采用风力接收装置，所述方法的步骤包括安装传感器、采集数据、将数据转换成矢量力、计算矢量合力、将矢量合力转换成风力风向并储存显示；风力接收装置的迎风受力体为不存在空气动力学中所定义的临界雷诺区的钝体结构。风力接收装置的与钝体结构连接的变形杆上按照设计确定的位置安装的传感器为拉伸应变片和压力应变片，该处为矩形的横截面，每个面上成对布置拉伸应变片和压力应变片。钝体结构为两块相互垂直布置的竖板。计算矢量合力步骤中，拉伸应变片换成出来的矢量力与其对面压力应变片换成出来的矢量力相互叠加。本发明具有以下优点方法科学合理，解决了临界雷诺区的技术难题，测量精度更精准可靠。
文档编号G01P5/02GK102967724SQ20121053242
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者梁习锋, 田红旗, 杨明智, 鲁寨军, 刘堂红, 杨志刚, 周丹, 熊小慧, 任鑫 申请人:中南大学