一種戶外風致雪飄移的試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種戶外風致雪飄移試驗裝置，包括：風機裝置，用于提供風力；穩流裝置，用于使風速更加平穩；導流裝置，為所述風機裝置和所述穩流裝置之間的連接管道；振動裝置，設于所述穩流裝置的風向處，用于模擬降雪環境；模型裝置，設于所述積雪的飄移范圍內，用于模擬房屋結構。本發明的有益效果在于，所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，省去了空氣制冷環節，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗且風機矩陣組為敞開式，因降低了風洞中阻塞率的限制，使所述模型構件縮尺比上限變大。
【專利說明】
一種戶外風致雪飄移的試驗裝置
技術領域
[0001]本發明涉及風洞試驗設備，具體涉及一種戶外風致雪飄移的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著社會的日益進步，大型建筑屋蓋結構的跨度越來越大，屋面形式越來越復雜，對雪荷載的作用也越來越敏感，由于忽視雪荷載不均勻分布而造成的工程事故時有發生，因此，對雪荷載預測已經漸漸成為大跨度屋面設計中不可忽視的問題，而國內規范對雪荷載不均勻分布的規定多數參考歐美規范，缺乏實測以及實驗數據支持，這也給建筑設計帶來了一些安全隱患。
[0003]目前雪荷載研究有三種方法，分別是雪荷載實測、風洞試驗和數值模擬。雪荷載實測由于受氣候和測量條件的限制，工作進展緩慢，基礎數據十分匱乏;數值模擬雖然耗資少，設計周期短，但是缺乏實測以及實驗數據的支持，并且缺乏一個統一的標準。
[0004]而風洞試驗是中外學者研究雪荷載的主要手段，然而應用傳統的風洞試驗技術研究雪荷載存在一些顯著地缺點:一是在普通常溫風洞中做風致雪飄移實驗只能用積雪(細硅砂、小蘇打等)來代替雪顆粒，而積雪與真實雪顆粒在物理性質上有很大差別；二是氣候環境風洞造價昂貴，再創造低溫環境時需要大量的電力支持，運行成本過高;三是無論是在常溫或氣候風洞進行試驗，實驗模型的尺寸都會受到阻塞率的很大限制；四是實驗測量現階段基本采用鋼尺測點繪圖，精確度與技術性較差。這些問題對風致雪飄移實驗的結果都會產生很大的影響。因此為了提高我國對屋面雪荷載的認識與研究水平，并可為實際工程的雪荷載取值與我國荷載規范的修訂提供依據，開發一種全新的雪荷載試驗裝置勢在必行。
[0005]鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明采用的技術方案在于，提供一種戶外風致雪飄移試驗裝置，包括:一風機裝置，用于提供風力;一振動裝置，用于對積雪振動并同時接收所述風機裝置提供的風力來模擬降雪環境;一模型裝置，設于所述積雪的飄移范圍內，用于模擬房屋結構，所述模型裝置能夠在0-360°范圍內旋轉。
[0007]進一步，所述風機裝置包括風機矩陣組、第一電機和第一變頻控制器，所述第一電機和第一變頻控制器分別與所述風機矩陣組相連。
[0008]進一步，所述振動裝置包括振動器、第二電機和第二變頻控制器，所述第二電機和第二變頻控制器分別與所述振動器相連。
[0009]進一步，所述振動器包括支架和篩網，所述支架與所述篩網之間活動連接。
[0010]進一步，所述篩網包括第一篩網和第二篩網，所述第一篩網和第二篩網的孔徑大小為2-4mm。
[0011]進一步，所述模型裝置包括平臺、刻度盤和模型構件，所述平臺、刻度盤和模型構件依次層疊設置。
[0012]進一步，所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，還包括導流裝置和穩流裝置，所述導流裝置為所述風機裝置和所述穩流裝置之間的連接管道，所述振動裝置設于所述穩流裝置風向處。
[0013]進一步，所述穩流裝置包括蜂窩器和阻尼網，所述阻尼網嵌固在所述蜂窩器的外邊框中。
[0014]進一步，所述蜂窩器為d*d的正方形蜂窩孔形式，d的取值范圍為20-40mm，且所述蜂窩器的長度與所述蜂窩孔的孔徑比為10-15:1。
[0015]進一步，所述風機裝置、導流裝置、穩流裝置、振動裝置底部分別通過緊固件與穩固部相連。
[0016]與現有技術比較本發明的有益效果在于:
[0017]1.本發明的戶外風致雪飄移試驗裝置，省去了空氣制冷環節，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗且風機矩陣組為敞開式，因降低了風洞中阻塞率的限制，使所述模型構件縮尺比上限變大；
[0018]2.本發明的風機矩陣組的各部分之間采用緊固件連接，方便拆卸移動，且造價低，施工速度快；
[0019]3.設置兩層篩網以及選擇篩網的孔徑大小為2-4mm，能夠更好的模擬降雪的真實環境，大大增加了試驗結果的可信度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明一種戶外風致雪飄移試驗裝置的功能結構框圖；
[0021]圖2為本發明一種戶外風致雪飄移試驗裝置的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明一種戶外風致雪飄移試驗裝置的平面示意圖；
[0023]圖4為本發明風機裝置的結構示意圖；
[0024]圖5為本發明導流裝置的結構示意圖；
[0025]圖6為本發明蜂窩器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。
[0027]實施例一
[0028]如圖1所示，其為本發明一種戶外風致雪飄移試驗裝置的功能結構框圖，一種戶外風致雪飄移試驗裝置，包括:一風機裝置I，用于提供風力；一振動裝置2，用于對積雪振動并同時接收所述風機裝置I提供的風力來模擬降雪環境;一模型裝置3，設于所述積雪的飄移范圍內，用于模擬房屋結構。
[0029]如圖2、圖3和圖4所示，其分別為本發明一種戶外風致雪飄移試驗裝置的結構示意圖、平面示意圖和風機裝置的結構示意圖。
[0030]結合圖2、圖3和圖4所示，所述風機裝置I包括一風機矩陣組11，所述風機矩陣組11為安裝于支撐框架110上的mXn臺風機111通過緊固件連接組成的m(縱向)Xn(橫向)形式的風機矩陣組，m和η取整數。
[0031]在地面上鋪設有穩固部6，所述穩固部6與所述支撐框架110底部通過緊固件連接，所述支撐框架110起到支撐的作用，這樣，能夠使所述風機矩陣組11固定更加牢固，避免因風力過大而使其發生傾倒，其中，所述的穩固部6優選混凝土制成的條形基礎，上述所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。本發明的風機矩陣組11的各部分之間采用緊固件連接，方便拆卸移動，且造價低，施工速度快。
[0032]所述風機裝置I還包括第一電機和第一變頻控制器，所述第一電機和所述第一變頻控制器分別與所述風機矩陣組11相連。所述第一電機設于所述風機矩陣組11上，所述第一電機為所述風機矩陣組11提供轉動動力;所述第一變頻控制器設于室內，通過遠程調控整個所述風機矩陣組11的輸出風速，用于模擬在不同風速環境下所述積雪的漂移情況。
[0033]結合圖2和圖3所示，所述振動裝置2設于所述風機裝置I的風向處，所述振動裝置2包括振動器21，所述振動器21包括支架211和篩網212，所述篩網212與所述支架211之間活動連接，所述活動連接方式為卡槽、卡齒、滑槽或滑軌，在所述篩網212破損的情況下，方便更換所述篩網212。
[0034]本實施例中，優選所述篩網212為兩層篩網，分別為第一篩網2121和第二篩網2122，所述第一篩網2121和第二篩網2122的孔徑大小為2-4mm，當所述積雪經所述一篩網2121振動后，還會殘留許多大的顆粒，在經過所述第二篩網2122時，能夠有效的改善顆粒的大小，本發明中設置兩層篩網以及選擇篩網的孔徑大小為2-4_，能夠更好的模擬降雪的真實環境。
[0035]所述振動裝置2還包括第二電機22和第二變頻控制器，所述第二電機22和第二變頻控制器分別與所述振動器21相連。所述第二電機22設于所述振動器21上，所述第二電機22為所述振動器21提供振動動力;所述第二變頻控制器設于室內，所述第二變頻控制器通過遠程調控所述振動器21的振動頻率，振動頻率調節范圍為2-lOhz。
[0036]為確保所述振動裝置2固定更加牢固，將所述支架211底部通過緊固件與所述穩固部6相連，這樣，能夠確保所述振動裝置2在振動的情況下也能達到平穩狀態，所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。
[0037]結合圖2和圖3所示，所述模型裝置3，包括一平臺31、一刻度盤32和一模型構件33。所述平臺31、刻度盤32和模型構件33依次層疊設置，具體為，所述刻度盤32置于所述平臺31上，所述模型構件33置于所述刻度盤32上，且所述模型構件33能夠在0-360°內旋轉，通過調整所述模型構件33至所述刻度盤32的某一指定角度，能夠實現調節風偏角的目的。其中，所述的模型構件33需根據不同的實驗目的制作不同材質和形狀的模型，模型需滿足相似比要求，材料相似性，幾何相似性。
[0038]本發明的戶外風致雪飄移試驗裝置，省去了空氣制冷環節，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗;風機矩陣組為敞開式，因降低了風洞中阻塞率的限制，使所述模型構件縮尺比上限變大;此外，本發明利用振動裝置模擬真實降雪過程，大大增加了試驗結果的可信度。
[0039]實施例二
[0040]如上所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置，本實施例與其不同之處在于，結合圖2和圖3所示，所述的戶外風致雪飄移試驗裝置還包括一導流裝置4和一穩流裝置5，所述導流裝置4為所述風機裝置I和所述穩流裝置5之間的連接管道，所述振動裝置2設于所述穩流裝置5風向處的一定距離處，所述導流裝置4用于使風場更加集中，所述穩流裝置5用于使風速更加平穩。本發明通過設置所述導流裝置4和所述穩流裝置5，能夠使試驗橫斷面上的風場效果更好。
[0041]結合圖2和圖3所示，所述風機裝置I與所述導流裝置4通過緊固件相連，所述導流裝置4與所述穩流裝置5通過緊固件相連，且在所述風機裝置I和所述導流裝置4的空隙處和所述導流裝置4與所述穩流裝置5的空隙處用發泡劑進行填充，這樣，整個裝置的連接處是不可漏風的，能夠得到更好的風場。此外，為了穩固所述導流裝置4和所述穩流裝置5，將所述導流裝置4和所述穩流裝置5的底部通過緊固件與所述穩固部6相連，上述所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。
[0042]如圖5所示，其為本發明導流裝置的結構示意圖，結合圖2、圖3和圖5，所述導流裝置4采用導流管矩陣組，所述導流管矩陣組為mXn個導流管連接組成的m(縱向)Xn(橫向)形式的導流管矩陣組，m和η取整數，其中，所述的導流管的形狀與所述風機111出口的形狀相對應，這樣，能夠使風場效果更好，一般所述風機111出口采用圓形，所述導流管也采用圓拓方管。
[0043]如圖6所示，其為本發明蜂窩器的結構示意圖，結合圖2、圖3和圖6所示，所述穩流裝置5包括一蜂窩器51和一阻尼網52，所述阻尼網52嵌固在所述蜂窩器51的外邊框中，所述蜂窩器51用于實現風速均勻、平穩的通過，所述阻尼網52用于減小風場的湍流度。
[0044]如圖6所示，所述的蜂窩器51采用壁厚Slmm的方鋼管焊接制成，每四根所述方鋼管中心處通過點焊固定。所述蜂窩器51優選為d*d的正方形蜂窩孔形式，d的取值范圍為20-40mm，且所述蜂窩器的長度與所述蜂窩孔的孔徑比為10-15:1，在此范圍內，能夠使風速的平穩度和湍流度達到最佳。
[0045]實施例三
[0046]上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟:
[0047](I)按照實驗要求，將所需的模型構件33以0°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；
[0048](2)在試驗段順風向兩側分別設置至少一臺氣象站監測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設置至少一臺氣象站監測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；
[0049]本發明試驗在室外進行，利用冬季的低溫環境實現真實積雪的實驗模擬，與傳統環境風洞相比，省去了空氣制冷環節，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗;此外，試驗段為敞開式，因此不存在風洞中阻塞率的限制，使得所述模型構件縮尺比上限變大；
[0050](3)按照實驗要求，選擇篩網的孔徑為2mm、設置風機的風速為2.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為2hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環境，同時記錄持續時間、風速、所述篩網的尺寸和振動頻率；
[0051]本發明采用的風機矩陣組設備建造簡單，方便拆卸，造價低，此外，本發明利用所述振動裝置和積雪模擬真實降雪過程，大大增加了試驗結果的可信度；
[0052](4)試驗結束后，利用測量工具，按照網格測量法和特征點測量法結合進行積雪分布測量，并將測量數據記錄備案；
[0053]若測量所述模型構件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構件33順風向投影長度的3倍;若測量所述模型構件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構件表面;且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔5cm取一個測量點；
[0054](5)整理記錄的數據以及所述測量數據，并采用自主開發程序進行數據分析處理，繪制積雪分布等值線圖。
[0055]實施例四
[0056]上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟:
[0057](I)按照實驗要求，將所需的模型構件33以90°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；
[0058](2)在試驗段順風向兩側分別設置至少一臺氣象站監測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設置至少一臺氣象站監測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；
[0059](3)按照實驗要求，選擇篩網的孔徑為3mm、設置風機的風速為3.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為5hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環境，同時記錄持續時間、風速、所述篩網的尺寸和振動頻率；
[0060](4)試驗結束后，利用測量工具，按照網格測量法和特征點測量法結合進行積雪分布測量，并將測量數據記錄備案；
[0061]若測量所述模型構件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構件33順風向投影長度的4倍;若測量所述模型構件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構件表面;且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔7cm取一個測量點；
[0062](5)整理記錄的數據以及所述測量數據，并采用自主開發程序進行數據分析處理，繪制積雪分布等值線圖。
[0063]實施例五
[0064]上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟:
[0065](I)按照實驗要求，將所需的模型構件33以260°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；
[0066](2)在試驗段順風向兩側分別設置至少一臺氣象站監測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設置至少一臺氣象站監測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；
[0067](3)按照實驗要求，選擇篩網的孔徑為3.5mm、設置風機的風速為4m/s和所述振動裝置的振動頻率為7hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環境，同時記錄持續時間、風速、所述篩網的尺寸和振動頻率；
[0068](4)試驗結束后，利用測量工具，按照網格測量法和特征點測量法結合進行積雪分布測量，并將測量數據記錄備案；
[0069]若測量所述模型構件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構件33順風向投影長度的5倍;若測量所述模型構件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構件表面;且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔8cm取一個測量點；
[0070](5)整理記錄的數據以及所述測量數據，并采用自主開發程序進行數據分析處理，繪制積雪分布等值線圖。
[0071 ]實施例六
[0072]上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟:
[0073](I)按照實驗要求，將所需的模型構件33以360°角度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；
[0074](2)在試驗段順風向兩側分別設置至少一臺氣象站監測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設置至少一臺氣象站監測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；
[0075](3)按照實驗要求，選擇篩網的孔徑為4mm、設置風機的風速為4.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為10hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環境，同時記錄持續時間、風速、所述篩網的尺寸和振動頻率；
[0076](4)試驗結束后，利用測量工具，按照網格測量法和特征點測量法結合進行積雪分布測量，并將測量數據記錄備案；
[0077]若測量所述模型構件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構件33順風向投影長度的6倍;若測量所述模型構件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構件表面;且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔1cm取一個測量點；
[0078](5)整理記錄的數據以及所述測量數據，并采用自主開發程序進行數據分析處理，繪制積雪分布等值線圖。
[0079]實施例七
[0080]如上所述的戶外風致雪飄移試驗方法，本實施例與其不同之處在于，所述步驟(2)中，各所述氣象站與遠程監控終端無線相連，其能夠實時監測所述自然風場，并繪制自然風玫瑰圖。
[0081 ]實施例八
[0082]如上所述的戶外風致雪飄移試驗方法，本實施例與其不同之處在于，所述步驟(4)中，所述測量工具為全站儀和標準鋼尺。
[0083]本發明的戶外風致雪飄移試驗方法，通過對積雪分布等值線圖進行分析，揭示風對積雪分布的作用機理，并能夠根據大跨度屋蓋結構模型的屋面積雪分布規律，對實際結構屋面積雪分布進行預測。
[0084]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，包括: 一風機裝置，用于提供風力； 一振動裝置，用于對積雪振動并同時接收所述風機裝置提供的風力來模擬降雪環境； 一模型裝置，設于所述積雪的飄移范圍內，用于模擬房屋結構，所述模型裝置能夠在O-360°范圍內旋轉。2.根據權利要求1所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述風機裝置包括風機矩陣組、第一電機和第一變頻控制器，所述第一電機和第一變頻控制器分別與所述風機矩陣組相連。3.根據權利要求1所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述振動裝置包括振動器、第二電機和第二變頻控制器，所述第二電機和第二變頻控制器分別與所述振動器相連。4.根據權利要求3所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述振動器包括支架和篩網，所述支架與所述篩網之間活動連接。5.根據權利要求4所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述篩網包括第一篩網和第二篩網，所述第一篩網和第二篩網的孔徑大小為2-4_。6.根據權利要求1所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述模型裝置包括平臺、刻度盤和模型構件，所述平臺、刻度盤和模型構件依次層疊設置。7.根據權利要求1所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，還包括導流裝置和穩流裝置，所述導流裝置為所述風機裝置和所述穩流裝置之間的連接管道，所述振動裝置設于所述穩流裝置風向處。8.根據權利要求7所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述穩流裝置包括蜂窩器和阻尼網，所述阻尼網嵌固在所述蜂窩器的外邊框中。9.根據權利要求8所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述蜂窩器為d*d的正方形蜂窩孔形式，d的取值范圍為20-40mm，且所述蜂窩器的長度與所述蜂窩孔的孔徑比為10-15:1。10.根據權利要求7-9任一所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，其特征在于，所述風機裝置、導流裝置、穩流裝置、振動裝置底部分別通過緊固件與穩固部相連。
【文檔編號】G01M9/02GK106017850SQ201610613732
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月29日
【發明人】張清文, 劉盟盟, 范峰
【申請人】哈爾濱工業大學