專利名稱：一種測量風(fēng)速風(fēng)向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量風(fēng)速風(fēng)向的方法。
背景技術(shù)：
目前市面上測風(fēng)儀主要分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩類。機(jī)械式主要包括風(fēng)杯式和螺旋槳式，而由于日常使用中機(jī)械摩擦以及沙石對轉(zhuǎn)動部件的擊打作用，導(dǎo)致其使用壽命不高。特別是在低溫結(jié)冰情況下，在2008年歷史罕見的雨雪冰凍天氣中，受災(zāi)省份大量機(jī)械式測風(fēng)儀風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)杯被凍住而不能旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測 風(fēng)儀失靈。非機(jī)械式主要包括熱式(熱線、熱球)和超聲波兩類。熱式測風(fēng)儀其探針對流場有一定擾動，還具有熱線易斷裂、需定期維護(hù)與校準(zhǔn)等缺點，因此其應(yīng)用也比較局限。采用超聲波測風(fēng)雖然測量精度較高，但價格較昂貴，并且安裝位置要求較高。而基于測力方式的測風(fēng)儀市面上還未曾見到。圓柱與圓球測風(fēng)速風(fēng)向的相關(guān)研究有人在進(jìn)行，但是圓柱與圓球在測量風(fēng)速風(fēng)向時會遇到空氣動力學(xué)問題。圓柱與圓球繞流問題國內(nèi)外學(xué)者早有研究，在雷諾數(shù)約在3X IO5時，其阻力系數(shù)會有個陡然下降的區(qū)域，稱為臨界雷諾區(qū)，即所受合力與風(fēng)速不是完全的單調(diào)關(guān)系，在臨界雷諾區(qū)，風(fēng)速與圓柱與圓球所受氣動力不是一一對應(yīng)的。并且臨界雷諾數(shù)的大小與來流湍流度、圓柱圓球表面粗糙度等因素相關(guān)，是變化的。當(dāng)雷諾數(shù)Re較小時，其迎風(fēng)面邊界層均為層流，氣流分離點位置靠前，在迎風(fēng)側(cè)85°左右，背風(fēng)面分離區(qū)面積大、壓力低。隨著Re提高，達(dá)到臨界雷諾數(shù)后，迎風(fēng)面邊界層流動在分離前轉(zhuǎn)捩，分離為湍流分離。湍流由于內(nèi)外層能量交換強烈，維持附壁流動能力強，因此分離點位置移后至背風(fēng)面100°以后，背風(fēng)面壓力得到一定程度恢復(fù)，且分離區(qū)面積大大縮小，因此阻力系數(shù)阻力系數(shù)驟減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種適用環(huán)境廣的，測量結(jié)果更加精確可靠的測量風(fēng)速風(fēng)向的方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)采用風(fēng)力接收裝置，所述方法的主要步驟包括安裝傳感器、采集數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量力、計算矢量合力、將矢量合力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力風(fēng)向并儲存顯示；所述風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受力體為鈍體結(jié)構(gòu)，該鈍體結(jié)構(gòu)不存在空氣動力學(xué)中所定義的臨界雷諾區(qū)。所述風(fēng)力接收裝置的與鈍體結(jié)構(gòu)連接的變形桿上按照設(shè)計確定的位置安裝的傳感器為拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片，該處的橫截面為矩形，每個面上成對布置拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片。所述鈍體結(jié)構(gòu)為兩塊相互垂直布置的豎板。所述計算矢量合力的步驟中，拉伸應(yīng)變片換成出來的矢量力與該拉伸應(yīng)變片對面的壓力應(yīng)變片換成出來的矢量力相互疊加。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點方法科學(xué)合理，解決了本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)難題，克服了臨界雷諾區(qū)的技術(shù)難題，使得測量精度更加精準(zhǔn)可靠。


圖I為本發(fā)明的方法采用鈍體平板所受合力隨風(fēng)速變化曲線；
圖2為背景技術(shù)圓柱與圓球所受合力隨風(fēng)速變化曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
采用風(fēng)力接收裝置，所述方法的主要步驟包括安裝傳感器、采集數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量力、計算矢量合力、將矢量合力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力風(fēng)向并儲存顯示；所述風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受 力體為鈍體結(jié)構(gòu)，該鈍體結(jié)構(gòu)不存在空氣動力學(xué)中所定義的臨界雷諾區(qū)。所述風(fēng)力接收裝置的與鈍體結(jié)構(gòu)連接的變形桿上按照設(shè)計確定的位置安裝的傳感器為拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片，該處的橫截面為矩形，每個面上成對布置拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片。所述鈍體結(jié)構(gòu)為兩塊相互垂直布置的豎板。所述計算矢量合力的步驟中，拉伸應(yīng)變片換成出來的矢量力與該拉伸應(yīng)變片對面的壓力應(yīng)變片換成出來的矢量力相互疊加。參考圖1，本發(fā)明的方法中采用的風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受力體為鈍體結(jié)構(gòu)，且為兩塊相互垂直布置的豎板，豎板在風(fēng)洞試驗中遵循鈍體繞流規(guī)律，即當(dāng)氣流流過豎板時，氣流在豎板邊沿必然分離，不存在臨界雷諾區(qū)的問題。從圖I中可以看到，其趨勢為單調(diào)，豎板所受合力隨風(fēng)速呈一一對應(yīng)關(guān)系，因此能夠在任意風(fēng)速下進(jìn)行風(fēng)速測量。風(fēng)力接收裝置采用相互垂直布置的兩個豎板，能夠檢測到任意方位的風(fēng)力大小。參考圖2，風(fēng)力接收裝置采用圓柱與圓球時，在雷諾數(shù)約為3X105時，其阻力系數(shù)會有個陡然下降的區(qū)域，稱為臨界雷諾區(qū)，在臨界雷諾區(qū)，風(fēng)速與圓柱與圓球所受氣動力不是一一對應(yīng)的。并且臨界雷諾數(shù)的大小與來流湍流度、圓柱圓球表面粗糙度等因素相關(guān)，是變化的。實施例
一、裝置
風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受力體為采用相互垂直布置的兩個豎板組成的鈍體結(jié)構(gòu)，鈍體結(jié)構(gòu)上連接變形桿，變形桿安裝傳感器的部位呈正方形橫截面，采用空心結(jié)構(gòu)。安裝風(fēng)力接收裝置時，變形桿安裝傳感器的部位的矩形橫截面的任意一根垂直中心線按照南北向布置。二.步驟
I、安裝傳感器在變形桿上按照設(shè)計確定的位置安裝拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片，該處的橫截面為矩形，每個面上成對布置拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片。2、采集數(shù)據(jù)公知的方法和技術(shù)。3、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量力公知的方法和技術(shù)。4、計算矢量合力拉伸應(yīng)變片換成出來的矢量力與其對面壓力應(yīng)變片換成出來的矢量力相互疊加，均采用公知的方法和技術(shù)。5、將矢量合力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力風(fēng)向公知的方法和技術(shù)。
6、儲存顯示公知的方法和技術(shù)。儲存的數(shù)據(jù)備查。理論上講，變形桿安裝傳感器的部位的矩形橫截面的任意一根垂直中心線按照南北向布置，就能事先確定了一個與地球相對應(yīng)的坐標(biāo)關(guān)系，計算獲得的矢量合力，不僅具有大小，而且具有方向。矢量合力的方向與方向一致， 而矢量合力的大小與風(fēng)力的大小存在一定的關(guān)系，根據(jù)這個關(guān)系，列出關(guān)系式，就能夠計算出風(fēng)的大小。
權(quán)利要求
1.一種測量風(fēng)速風(fēng)向的方法，采用風(fēng)力接收裝置，所述方法的主要步驟包括安裝傳感器、采集數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量力、計算矢量合力、將矢量合力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力風(fēng)向并儲存顯示；其特征在于所述風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受力體為鈍體結(jié)構(gòu)，該鈍體結(jié)構(gòu)不存在空氣動力學(xué)中所定義的臨界雷諾區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述風(fēng)力接收裝置的與鈍體結(jié)構(gòu)連接的變形桿上按照設(shè)計確定的位置安裝的傳感器為拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片，該處的橫截面為矩形，每個面上成對布置拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述鈍體結(jié)構(gòu)為兩塊相互垂直布置的豎板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述計算矢量合力的步驟中，拉伸應(yīng)變片換成出來的矢量力與該拉伸應(yīng)變片對面的壓力應(yīng)變片換成出來的矢量力相互疊加。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量風(fēng)速風(fēng)向的方法，采用風(fēng)力接收裝置，所述方法的步驟包括安裝傳感器、采集數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量力、計算矢量合力、將矢量合力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力風(fēng)向并儲存顯示；風(fēng)力接收裝置的迎風(fēng)受力體為不存在空氣動力學(xué)中所定義的臨界雷諾區(qū)的鈍體結(jié)構(gòu)。風(fēng)力接收裝置的與鈍體結(jié)構(gòu)連接的變形桿上按照設(shè)計確定的位置安裝的傳感器為拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片，該處為矩形的橫截面，每個面上成對布置拉伸應(yīng)變片和壓力應(yīng)變片。鈍體結(jié)構(gòu)為兩塊相互垂直布置的豎板。計算矢量合力步驟中，拉伸應(yīng)變片換成出來的矢量力與其對面壓力應(yīng)變片換成出來的矢量力相互疊加。本發(fā)明具有以下優(yōu)點方法科學(xué)合理，解決了臨界雷諾區(qū)的技術(shù)難題，測量精度更精準(zhǔn)可靠。
文檔編號G01P5/02GK102967724SQ20121053242
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者梁習(xí)鋒, 田紅旗, 楊明智, 魯寨軍, 劉堂紅, 楊志剛, 周丹, 熊小慧, 任鑫 申請人:中南大學(xué)