專利名稱：一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，屬于農(nóng)業(yè)信息處理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
設(shè)施農(nóng)業(yè)是一項(xiàng)高投入、高技術(shù)、高效益、高附加值的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。它與傳統(tǒng)農(nóng)作物栽培相比較具有技術(shù)性強(qiáng)，效益高等特點(diǎn)。改革開放以來，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)得到快速發(fā)展，90年代后，設(shè)施溫室大棚為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)以超時(shí)令、反季節(jié)蔬菜栽培為主迅猛發(fā)展，為城市反季節(jié)蔬菜供應(yīng)提供了最基本的堅(jiān)實(shí)保障。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的興起，設(shè)施農(nóng)業(yè)相關(guān)研究已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。設(shè)施農(nóng)業(yè) 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究更是其中的熱點(diǎn)，其中，大風(fēng)災(zāi)害是設(shè)施溫室大棚生產(chǎn)中的常發(fā)性嚴(yán)重災(zāi)害，對(duì)設(shè)施溫室大棚的毀滅性較大，可造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，研究設(shè)施大棚大風(fēng)災(zāi)害，提高設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平、提升設(shè)施農(nóng)業(yè)減災(zāi)防災(zāi)能力、保障設(shè)施農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)已經(jīng)成為是我國氣象事業(yè)當(dāng)今的迫切任務(wù)。目前研究建筑結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的最重要且行之有效的研究手段是風(fēng)洞試驗(yàn)。早期的風(fēng)洞試驗(yàn)主要涉及航空航天工程，但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空氣功力學(xué)特別是低速空氣動(dòng)力學(xué)已跨出航空航天領(lǐng)域，向國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，廣泛的應(yīng)用于解決汽車、船舶、橋梁、建筑物等的設(shè)計(jì)問題。國內(nèi)外關(guān)于房屋建筑的研究大多針對(duì)高聳大跨度或低層民用建筑結(jié)構(gòu)，有學(xué)者分析比較了全尺度測量、風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬三種方法對(duì)塔結(jié)構(gòu)建筑的風(fēng)壓研究，或者通過風(fēng)壓試驗(yàn)獲得了平面挑蓬結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)壓及最佳的建模條件。通過研究新的國家網(wǎng)球中心的可伸縮屋蓋在展開和收縮的情況下風(fēng)壓分布規(guī)律，得知風(fēng)壓分布取決于表面形狀和屋蓋的開啟狀態(tài)。通過以風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練集，預(yù)測大平臺(tái)屋面的風(fēng)壓分布。這些研究大多為指定建筑風(fēng)壓分布研究，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可推廣性不強(qiáng)。而設(shè)施大棚是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特殊結(jié)構(gòu)，目前研究報(bào)道較為少見?，F(xiàn)有的方法中，通過研究不同風(fēng)向在角下屋檐、天窗等外伸部分以及是否安裝遮陽幕的情況下對(duì)華東型單棟塑料溫室風(fēng)荷載分布的影響來制定溫室大棚的抗風(fēng)指標(biāo)；通過分析互插式連棟塑料溫室風(fēng)壓分布來制定溫室大棚的抗風(fēng)指標(biāo)。這些研究也都從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面入手，確定的抗風(fēng)指標(biāo)比較粗，在不同類型溫室和不同覆蓋材料溫室的抗風(fēng)指標(biāo)確定上有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，包括如下步驟步驟I，選擇抗風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)洞；步驟2，根據(jù)底層建筑與風(fēng)洞尺寸的比例，確定日光溫室模型的尺寸；步驟3，在日光溫室模型頂部表面設(shè)置測壓點(diǎn)陣列；
步驟4，對(duì)日光溫室模型頂部表面在不同風(fēng)向角情況下做壓力分布試驗(yàn)，測得各個(gè)測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)；步驟5，給日光溫室模型頂部表面劃分區(qū)域，由步驟4測得的各測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)以及日光溫室模型頂部表面負(fù)載計(jì)算臨界風(fēng)速；步驟6，以日光溫室頂部表面不同區(qū)域臨界風(fēng)速中的最小值為日光溫室日抗風(fēng)指標(biāo)。所述一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法步驟I中抗風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)洞選用NH-2低速風(fēng)洞的小試驗(yàn)段。所述一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法步驟2中所述的底層建筑與風(fēng)洞尺寸比列優(yōu)選1:6。所述的一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法步驟3中所述的測壓點(diǎn)陣列中相鄰兩列間距相等；其中每一列包含有數(shù)目相同的測壓點(diǎn)，相鄰兩個(gè)測壓點(diǎn)間距相等。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果利用本發(fā)明所述的抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，不需要考慮日光溫室類型以及覆蓋材料的影響；通過在劃分區(qū)域內(nèi)分別計(jì)算臨界風(fēng)速，先確定劃分區(qū)域的臨界風(fēng)速，在確定整個(gè)日光溫室的抗風(fēng)指標(biāo)，細(xì)化了抗風(fēng)指標(biāo)。


圖I為日光溫室模型的截面圖。圖2為日光溫室模型表面測壓點(diǎn)的布置圖。圖3為日光溫室模型根據(jù)易損程度劃分區(qū)域的示意圖。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，包括如下步驟步驟1，選擇抗風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)洞測試在NH-2低速風(fēng)洞進(jìn)行，該風(fēng)洞為串置雙試驗(yàn)段閉口回流風(fēng)洞，分大小兩個(gè)試驗(yàn)段。本發(fā)明采用小試驗(yàn)段，即長6m，寬3m、高2. 5m的風(fēng)洞，風(fēng)速連續(xù)可調(diào)，最高風(fēng)速為90m/s。流場性能良好，試驗(yàn)區(qū)流場的速度不均勻性小于2%、紊流度小于O. 14%、平均氣流偏角小于O. 5。步驟2，根據(jù)底層建筑與風(fēng)洞尺寸的比例(一般取1:6)，確定日光溫室模型的尺寸為長1155mm，頂高650mm，后墻高500mm，跨度1210mm，如圖I所示。將日光溫室模型固定在風(fēng)洞轉(zhuǎn)盤上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)日光溫室模型達(dá)到風(fēng)向角變化，由于模型的對(duì)稱性，試驗(yàn)風(fēng)向角從0°到180°，間隔15°，共13個(gè)風(fēng)向角?？刂骑L(fēng)速的風(fēng)向管安裝在模型正上方，離模型頂部約Im遠(yuǎn)的地方，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)，對(duì)控制風(fēng)速不加修正。一般認(rèn)為剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)中的風(fēng)壓系數(shù)的測定與風(fēng)速關(guān)系不大。因此，本發(fā)明取一種風(fēng)速即風(fēng)速為20m/s的風(fēng)。步驟3，如圖2所示在日光溫室模型的表面平行設(shè)置測壓點(diǎn)，由于日光溫室左右和后面是土墻，只有表面是塑料薄膜，因此表面容易受到風(fēng)災(zāi)，設(shè)置的測壓點(diǎn)數(shù)量根據(jù)精度確定，一般在日光溫室模型頂部表面上每隔4-10cm設(shè)置一個(gè)測壓點(diǎn)；本發(fā)明在日光溫室模型頂部表面共布置185個(gè)測壓點(diǎn)，其中端面布置5排測壓點(diǎn)，每排37個(gè)點(diǎn)，排與排間距離276. 25mm，兩測壓點(diǎn)間距為41. 86mm。
步驟4，對(duì)日光溫室模型在不同風(fēng)向角的情況下做表面壓力分布試驗(yàn)，測得第i測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)Cpi C的=—~—(I),其中，Pi為日光溫室模型上第i測壓點(diǎn)的靜壓，P 為參考點(diǎn)風(fēng)速管處的靜壓值，P。為參考點(diǎn)風(fēng)速管處的總壓值，P^Poo^Po的單位均為Pa，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測定。風(fēng)壓系數(shù)Cpi是一個(gè)無量綱數(shù)，由相似原理知日光溫室模型上某點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)即為日光溫室對(duì)應(yīng)點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)，因此認(rèn)為模型上各測點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)即為實(shí)物對(duì)應(yīng)點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)，試驗(yàn)中風(fēng)壓系數(shù)出現(xiàn)正負(fù)之分，其中大于O的值為正壓，小于O的值為負(fù)壓(吸力)。由步驟4測得的各測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)以及日光溫室模型頂部表 面負(fù)載計(jì)算臨界風(fēng)速，只是從某一測壓點(diǎn)測得的風(fēng)壓系數(shù)來確定臨界風(fēng)速。步驟5，給日光溫室模型頂部表面按照如圖3所示劃分區(qū)域即日光溫室模型頂部表面的上、中、下三個(gè)部位里再分出三個(gè)區(qū)域，于是表面可分9個(gè)區(qū)域。共9個(gè)區(qū)域；計(jì)算出日光溫室模型頂部表面9個(gè)區(qū)域在不同風(fēng)向角的情況下的臨界風(fēng)速，臨界風(fēng)速按照溫室表面負(fù)載和風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。按公式(2)- (4)對(duì)各個(gè)劃分區(qū)域內(nèi)每一測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)得到的臨界風(fēng)速，以各個(gè)測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的臨界風(fēng)速均值作為該劃分區(qū)域的臨界風(fēng)速。風(fēng)壓系數(shù)是一個(gè)無量綱定值，不隨風(fēng)速的變化而改變，它實(shí)際上是測壓點(diǎn)實(shí)際壓力Wi與來流動(dòng)壓W的比值。即
IVCn =——(2)，
IV其中，測壓點(diǎn)實(shí)際壓力Wi與來流動(dòng)壓W的單位均為N，來流動(dòng)壓W根據(jù)貝努力方程，可表不為W=-pv2(3),
2再根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001 (2006)中規(guī)定日光溫室表明的負(fù)重為20kg，假設(shè)重力加速度取9. 8m/s2 ;空氣密度取1.25kg/m3，根據(jù)公式(2)和(3)可得W = O. 625CPiv2(4)，由公式(4)可知，在風(fēng)壓系數(shù)不變的情況下，可以利用設(shè)施大棚表面風(fēng)壓與實(shí)際風(fēng)速的關(guān)系確定出不同部位臨界風(fēng)速，利用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001 (2006)中負(fù)荷得到設(shè)施大棚表面可承受的實(shí)際風(fēng)壓為313. 6N。日光溫室頂端不同區(qū)域的壓力系數(shù)與臨界風(fēng)速如表I所示，最大吸力出現(xiàn)在II區(qū)在方向角為60°及VDI區(qū)在風(fēng)向角120°時(shí)，風(fēng)壓系數(shù)接近于-I. 5。當(dāng)風(fēng)向角為60°或120°時(shí)，II區(qū)或VDI區(qū)所受風(fēng)吸力達(dá)最大值，此處最易受大風(fēng)損毀。本發(fā)明設(shè)定設(shè)施大棚的負(fù)重為20kg，不考慮其他因素，則設(shè)施大棚表面可承受的實(shí)際風(fēng)壓為313. 6N。根據(jù)公式(4)，可求出設(shè)施大棚各區(qū)域各風(fēng)向角下臨界風(fēng)速，各區(qū)域最小臨界風(fēng)速見表I。步驟6，以日光溫室頂部表面不同區(qū)域臨界風(fēng)速中的最小值為日光溫室日抗風(fēng)指標(biāo)抗風(fēng)指標(biāo)根據(jù)不同區(qū)域的臨界風(fēng)速和造成不同危害的概率，本研究中采用不同區(qū)域中最小臨界風(fēng)速作為日光溫室受災(zāi)的指標(biāo)，由表I可知，日光溫室頂部表面均受風(fēng)吸力破壞，最小臨界風(fēng)速為14. 5m/s。日光溫室日抗風(fēng)指標(biāo)即為最小臨界風(fēng)速為14. 5m/s。
表I日光溫室頂端不同區(qū)域的壓力系數(shù)與臨界風(fēng)速
權(quán)利要求
1.一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I，選擇抗風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)洞； 步驟2，根據(jù)底層建筑與風(fēng)洞尺寸的比例，確定日光溫室模型的尺寸； 步驟3，在日光溫室模型頂部表面設(shè)置測壓點(diǎn)陣列； 步驟4，對(duì)日光溫室模型頂部表面在不同風(fēng)向角情況下做壓力分布試驗(yàn)，測得各個(gè)測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)； 步驟5，給日光溫室模型頂部表面劃分區(qū)域，由步驟4測得的各測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)以及日光溫室模型頂部表面負(fù)載計(jì)算臨界風(fēng)速； 步驟6，以日光溫室頂部表面不同區(qū)域臨界風(fēng)速中的最小值為日光溫室日抗風(fēng)指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，其特征在于所述步驟I中抗風(fēng)試驗(yàn)的風(fēng)洞選用NH-2低速風(fēng)洞的小試驗(yàn)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，其特征在于步驟2中所述的底層建筑與風(fēng)洞尺寸比列優(yōu)選1:6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的的一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，其特征在于步驟3中所述的測壓點(diǎn)陣列中相鄰兩列間距相等；其中每一列包含有數(shù)目相同的測壓點(diǎn)，相鄰兩個(gè)測壓點(diǎn)間距相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種日光溫室抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，屬于農(nóng)業(yè)信息處理的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在不同風(fēng)向角的情況下，對(duì)在日光溫室模型上分布的測壓點(diǎn)做壓力分布試驗(yàn)，測得各個(gè)測壓點(diǎn)在不同風(fēng)向角時(shí)的風(fēng)壓系數(shù)；再根據(jù)日光溫室模型易受損的程度劃分日光溫室表面區(qū)域，進(jìn)而計(jì)算出日光溫室表面各個(gè)區(qū)域在不同風(fēng)向角的情況下的臨界風(fēng)速。利用本發(fā)明所述的抗風(fēng)指標(biāo)確定方法，不需要考慮日光溫室類型以及覆蓋材料的影響；通過在劃分區(qū)域內(nèi)分別計(jì)算臨界風(fēng)速，先確定劃分區(qū)域的臨界風(fēng)速，在確定整個(gè)日光溫室的抗風(fēng)指標(biāo)，細(xì)化了抗風(fēng)指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01M9/00GK102914415SQ201210403090
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者楊再強(qiáng), 李永秀, 江曉東, 朱永生 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)