抗风伞布料风阻系数风洞试验研究

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  摘 要:通过对三种伞布料的迎风风阻系数风洞试验,得到了各工况下不同布料的风阻系数值。对三种布料风阻系数实验结果进行研究,得到三种布料的风阻系数随风力变化的变化规律,结合上海市区东南方向南汇新城的年均风速的情况,依据风阻系数的实验结果,找到三种布料中最适合做抗风伞的布料是EVA。该实验方法可以作为测定雨伞布料风阻系数的测试方法。
  关键词:雨伞布料 风阻系数 风洞试验
  中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)06(b)-0101-02
  由于上海海洋大学地处上海远郊南汇新城,日常风力高于上海市区,人们使用的普通雨伞承受更强的风力,寿命都比较短。该文通过风洞试验,对三种典型雨伞布料进行风阻系数的测试,得到适合于上海市等东南沿海风力较大城市适合于作抗风伞的布料。该种实验方法可以对各种布料进行风阻系数的测定,得到相关的实验数据,因此,该实验方法具有一定的实用意义。
  1 风洞试验
  1.1 试验设备及模型
  该试验在300mm×300mm的风洞中完成,见图1。考虑到风洞的尺寸,选用三种布料分别缝制在圆锥体上。三种布料分别是:EVA塑胶,原料为乙烯-醋酸乙烯共聚物,英文简称EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer);牛津布,英文名oxford,又叫牛津纺;碰击布,又叫高密度碰击布,采用锦纶(尼龙)与棉纱混纺或交织的一种织物。见图2。圆锥体模型尺寸为,底圆直径80mm、锥体母线长80mm。
  1.2 试验准备
  首先将缝制好雨伞布料的圆锥体,见图3,安装放置在风洞中,位置见图4。依据上海年平均风级为3~4级(3.4m/s~7.9m/s),见表1,而南汇新城的年平均风级比上海市区高出2-3个风级,所以应该是5-7级(8.0m/s~17.1m/s)左右。
  根据该风洞的风速和通风机电源频率关系,如图5所示,在风速8.0m/s~17.1m/s所对应通风机的通风机电源频率在约20~40Hz之间,因此,在三种布料的风阻系数测量过程中,通风机电源频率的变化规律都一样的,只要保证通风机电源频率变化过程包括有通风机电源频率20~40Hz这一段,就可以了。
  2.3 试验过程数据采集
  通过调整通风机电源频率15~45Hz之间变化,步长为3,共11个采样点。每个采样点记录力信号,然后换算成F力实际大小。为了使试验数据采集的更准确,每项实验重复三次。
  力信号与F的实际大小换算根据公式:
  :YD-28A型动态电阻应变仪测得的电信号;
  :力的实际大小 (N)。
  3 实验结果与分析
  3.1 数据测量与处理
  根据
  其中,F为模型的阻力;
  ρ为空气密度;
  V为试验风速;
  A为模型在铅锤面上的投影。
  计算出每个采样点时的风阻系数值,得到三种布料风阻系数随通风机电源频率变化曲线。经过对每项实验所做的三次重复试验的试验数据的整理和修正,得到如图6、7、8所示的变化规律。
  三种布料风阻系数变化曲线,放在一起,可以清楚地看到三种布料参数之间的比较差别,见图9。
  3.2 试验数据结果分析
  从试验所得数据可以看出,三种布料的风阻系数值随通风机的通风机电源频率(风速)都是变化的。在通风机电源频率15~30Hz之间都有一个峰值,牛津布的风阻系数在通风机电源频率为27~28Hz时达到约1.27,为三种布料峰值中的最大;而EVA的风阻系数在通风机电源频率为23~25Hz时达到约1.18,为三种布料峰值中的最小。
  4 结语
  综上所述,通过风洞试验,可以较好地测得三种布料的风阻系数随风速变化的规律,我们关心的是上海市南汇新城区域的年有风天,均风力5-7级,也就是通风机电源频率20~40Hz之间风阻系数的变化规律。在此阶段,三种布料都出现了峰值,然后随着风力的不断加大,风阻系数不断减小了。从三种布料的风系数变化规律看,EVA的风阻系数不论是峰值、各点采样值,照比其他两种布料都要小一些。牛津布的峰值和各点采样值在三种布料中都要大一些。因此,依据风阻系数与风阻力的正比关系,风阻系数大则风阻力就大,所以,三种布料中,最适合作为抗风伞布料的是EVA布料。
  参考文献
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