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三杯式风速计特性分析与实验研究

作　者: 周志华
导　师: 姜继海；李岩峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风速计风杯流场仿真动静态特性转动惯量
分类号: TH765.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 223次
引　用: 3次
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内容摘要

风杯式风速计是应用极为广泛的测风传感器,它具有测风范围大、强度高、耐腐蚀等优点。目前所使用的三杯式风速计的测风元件——风杯,大多是凭经验和试验确定的,并没有完善的理论基础作指导,以至于没有明确风速计的线性度(即风速计的转速和实际风速的线性关系)都受风杯哪些参数的影响,具体影响的大小以及哪些参数是主要的影响因素。本论文通过优化风杯的几何形状、回转半径等参数,明确风速计的线性度以及其动态响应特性都受哪些参数的影响,以便设计出线性度更好的风杯结构;同时改善风速计的动力学特性,以便能比较准确地测量风速,并为三杯式风速计的实际应用与使用维护提供理论依据。本文利用流场仿真软件ADINA,对风杯在大气中的运动进行仿真,通过改变风杯结构参数,如回转半径和杯口直径,模拟出不同结构参数的风杯在大气中的运动特性,并据此结果分析结构参数对风杯动静态特性的影响。长春气象仪器研究所希望改变现有的EC9-1风速计杯套的材料和尺寸,以降低其生产成本,其主要目的是改善风速计的动静态特性。而风速计的动静态特性与风速计转动体的转动惯量有关,为此本文利用三线扭摆法测量了风杯的转动惯量,以验证利用Pro/E软件求得的转动惯量,为分析风杯的动静态特性提供依据;同时改变风杯结构参数,通过风洞实验求得不同转动惯量下的风速计动静态特性,并对仿真结果进行验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题来源及研究的背景和意义  8-9
  1.2 风速计的种类  9-10
  1.3 国内外风速计的研究及发展现状  10-14
  1.4 课题的提出及论文的主要内容  14-16
第2章三杯式风速计的理论分析  16-29
  2.1 引言  16-17
  2.2 三杯式风速计的工作原理及杯形选择  17-18
    2.2.1 风速计的工作原理  17
    2.2.2 风杯形状选择  17-18
  2.3 风杯结构的设计和计算  18-20
    2.3.1 风杯回转半径和风杯直径的计算  18-20
    2.3.2 风杯结构在承受最大风速时的强度计算  20
  2.4 三杯式风速计的静态特性  20-22
  2.5 三杯式风速计的动态特性  22-26
    2.5.1 起动灵敏度  22-23
    2.5.2 时间常数—T  23-24
    2.5.3 距离常数—L  24
    2.5.4 动态特性方程  24-26
  2.6 三杯式风速计的测风误差分析  26-28
  2.7 本章小结  28-29
第3章风速计动静态特性的仿真分析  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 计算流体力学基础理论  29-34
    3.2.1 紊流基本方程  29-30
    3.2.2 三维N-S 方程模型的计算方法  30-31
    3.2.3 紊流模型  31-33
    3.2.4 数值离散的方法  33-34
  3.3 ADINA 软件仿真结果及其分析  34-41
    3.3.1 ADINA 软件介绍  34-35
    3.3.2 紊流有限体积法建立模型  35-38
    3.3.3 仿真计算结果分析  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章风杯组件转动惯量的测量及风速计静态特性的实验研究  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 转动惯量的测量  42-47
    4.2.1 转动惯量  42
    4.2.2 测量方法——三线摆法  42-44
    4.2.3 任意物体的转动惯量  44-47
  4.3 风速计静态特性的试验研究  47-55
    4.3.1 EDE1-5 低速风洞及自动调速系统  47-50
    4.3.2 实验数据及分析  50-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-60
附录  60-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

三杯式风速计特性分析与实验研究

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