抗風傘布料風阻系數風洞試驗研究

宋秋紅++耿保華

摘 要：通過對三種傘布料的迎風風阻系數風洞試驗，得到了各工況下不同布料的風阻系數值。對三種布料風阻系數實驗結果進行研究，得到三種布料的風阻系數隨風力變化的變化規律，結合上海市區東南方向南匯新城的年均風速的情況，依據風阻系數的實驗結果，找到三種布料中最適合做抗風傘的布料是EVA。該實驗方法可以作為測定雨傘布料風阻系數的測試方法。

關鍵詞：雨傘布料 風阻系數 風洞試驗

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0101-02

由于上海海洋大學地處上海遠郊南匯新城，日常風力高于上海市區，人們使用的普通雨傘承受更強的風力，壽命都比較短。該文通過風洞試驗，對三種典型雨傘布料進行風阻系數的測試，得到適合于上海市等東南沿海風力較大城市適合于作抗風傘的布料。該種實驗方法可以對各種布料進行風阻系數的測定，得到相關的實驗數據，因此，該實驗方法具有一定的實用意義。

1 風洞試驗

1.1 試驗設備及模型

該試驗在300mm×300mm的風洞中完成，見圖1。考慮到風洞的尺寸，選用三種布料分別縫制在圓錐體上。三種布料分別是：EVA塑膠，原料為乙烯-醋酸乙烯共聚物，英文簡稱EVA（ethylene-vinyl acetate copolymer）；牛津布，英文名oxford，又叫牛津紡；碰擊布，又叫高密度碰擊布，采用錦綸（尼龍）與棉紗混紡或交織的一種織物。見圖2。圓錐體模型尺寸為，底圓直徑80mm、錐體母線長80mm。

1.2 試驗準備

首先將縫制好雨傘布料的圓錐體，見圖3，安裝放置在風洞中，位置見圖4。依據上海年平均風級為3～4級（3.4m/s～7.9m/s），見表1，而南匯新城的年平均風級比上海市區高出2-3個風級，所以應該是5-7級（8.0m/s～17.1m/s）左右。

根據該風洞的風速和通風機電源頻率關系，如圖5所示，在風速8.0m/s～17.1m/s所對應通風機的通風機電源頻率在約20～40Hz之間，因此，在三種布料的風阻系數測量過程中，通風機電源頻率的變化規律都一樣的，只要保證通風機電源頻率變化過程包括有通風機電源頻率20～40Hz這一段，就可以了。

2.3 試驗過程數據采集

通過調整通風機電源頻率15～45Hz之間變化，步長為3，共11個采樣點。每個采樣點記錄力信號，然后換算成F力實際大小。為了使試驗數據采集的更準確，每項實驗重復三次。

力信號與F的實際大小換算根據公式：

：YD-28A型動態電阻應變儀測得的電信號；

：力的實際大小 （N）。

3 實驗結果與分析

3.1 數據測量與處理

根據

其中，F為模型的阻力；

ρ為空氣密度；

V為試驗風速；

A為模型在鉛錘面上的投影。

計算出每個采樣點時的風阻系數值，得到三種布料風阻系數隨通風機電源頻率變化曲線。經過對每項實驗所做的三次重復試驗的試驗數據的整理和修正，得到如圖6、7、8所示的變化規律。

三種布料風阻系數變化曲線，放在一起，可以清楚地看到三種布料參數之間的比較差別，見圖9。

3.2 試驗數據結果分析

從試驗所得數據可以看出，三種布料的風阻系數值隨通風機的通風機電源頻率（風速）都是變化的。在通風機電源頻率15～30Hz之間都有一個峰值，牛津布的風阻系數在通風機電源頻率為27～28Hz時達到約1.27，為三種布料峰值中的最大；而EVA的風阻系數在通風機電源頻率為23～25Hz時達到約1.18，為三種布料峰值中的最小。

4 結語

綜上所述，通過風洞試驗，可以較好地測得三種布料的風阻系數隨風速變化的規律，我們關心的是上海市南匯新城區域的年有風天，均風力5-7級，也就是通風機電源頻率20～40Hz之間風阻系數的變化規律。在此階段，三種布料都出現了峰值，然后隨著風力的不斷加大，風阻系數不斷減小了。從三種布料的風系數變化規律看，EVA的風阻系數不論是峰值、各點采樣值，照比其他兩種布料都要小一些。牛津布的峰值和各點采樣值在三種布料中都要大一些。因此，依據風阻系數與風阻力的正比關系，風阻系數大則風阻力就大，所以，三種布料中，最適合作為抗風傘布料的是EVA布料。

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