減弱湍流影響的超聲波測(cè)風(fēng)技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前超聲波測(cè)風(fēng)陣列均存在圓柱或類圓柱結(jié)構(gòu)，在流場(chǎng)中每個(gè)圓柱結(jié)構(gòu)均等同于一個(gè)渦街發(fā)生器。當(dāng)風(fēng)速和圓柱間間距不同時(shí)，決定渦形態(tài)的雷諾數(shù)值大小相異，即流體繞柱流動(dòng)產(chǎn)生的湍流形態(tài)發(fā)生變化，測(cè)風(fēng)路徑上流場(chǎng)分布不穩(wěn)定，造成風(fēng)速和風(fēng)向信息采集源誤差。減弱超聲波測(cè)風(fēng)陣列中湍流對(duì)測(cè)風(fēng)路徑的干擾，降低湍流對(duì)信號(hào)采集精度的影響，提高超聲波測(cè)風(fēng)精度，在氣象探測(cè)領(lǐng)域具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文分析了換能器陣列影響風(fēng)流場(chǎng)的因素，改進(jìn)了超聲波測(cè)風(fēng)陣

2、列設(shè)計(jì)，推導(dǎo)了風(fēng)速和風(fēng)向計(jì)算公式。通過(guò)仿真，與兩種常用的超聲波測(cè)風(fēng)陣列進(jìn)行了比較，通過(guò)對(duì)改進(jìn)型陣列和對(duì)比陣列建模分析，降低了湍流對(duì)測(cè)風(fēng)精度的影響，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)陣列的穩(wěn)定性和有效性;結(jié)合軟硬件設(shè)計(jì)，建立了測(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。具體工作內(nèi)容如下:
　　采用六個(gè)收發(fā)一體的超聲波換能器，設(shè)置獨(dú)立的三條測(cè)風(fēng)路徑，根據(jù)不同來(lái)流方向，建立了風(fēng)速計(jì)算模型，推導(dǎo)了風(fēng)速和風(fēng)向計(jì)算公式，結(jié)合換能器晶片的工作特性，對(duì)換能器選型進(jìn)行了理論計(jì)算，降低了換能器陣列的陰

3、影效應(yīng)。
　　利用FLUENT等軟件，對(duì)改進(jìn)型等邊三角陣列，十字相交陣列，塔式結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，通過(guò)網(wǎng)格劃分，高度離散陣列測(cè)風(fēng)區(qū)域，設(shè)置不同雷諾數(shù)、來(lái)流風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)，仿真了流場(chǎng)在三種不同陣列中分布特性，得到陣列速度云圖和測(cè)風(fēng)路徑速度變化圖，通過(guò)分析不同雷諾數(shù)下測(cè)風(fēng)路徑上渦的形態(tài)對(duì)風(fēng)速影響，驗(yàn)證了測(cè)風(fēng)陣列改進(jìn)后的的穩(wěn)定性和有效性，說(shuō)明了所設(shè)計(jì)陣列能提高測(cè)風(fēng)精度。同時(shí)通過(guò)仿真分析，指出了陣列密集，圓柱數(shù)量多，在空氣繞流時(shí)改變了換能器周