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超声波换能器测风阵列的优化设计
引用本文:行鸿彦,魏佳佳,徐伟,于祥,周慧萍. 超声波换能器测风阵列的优化设计[J]. 仪器仪表学报, 2017, 38(8): 1988-1995
作者姓名:行鸿彦  魏佳佳  徐伟  于祥  周慧萍
作者单位:1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 2.南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心南京210044,1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 2.南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心南京210044,1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 2.南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心南京210044,1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 2.南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心南京210044,1.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 2.南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心南京210044
基金项目:国家自然科学基金(61671248,41605121)、江苏省产学研联合创新资金计划(BY2013007 02)、江苏省高校自然科学研究重大项目(15KJA460008)、江苏省普通高校专业学位研究生创新计划(SJLX15_0397)项目资助
摘    要:为了减弱风场在超声波换能器测风阵列中产生湍流,降低湍流对信号采集精度的影响,分析了换能器阵列影响流场的因素,采用6个收发一体的超声波换能器,设置独立的3条测风路径,根据不同来流方向,建立了风速计算模型,结合换能器晶片的工作特性,改进测风阵列的设计,降低了阴影效应的影响。利用FLUENT软件,通过设置不同的雷诺数、来流风速和风向参数,仿真了流场在阵列中分布特性,得到阵列速度云图和测风路径速度变化图,验证了改进后的测风阵列性能有效提升,说明了所设计阵列能满足测风精度提高的要求。

关 键 词:阵列;圆柱绕流;风速测量;超声波换能器
收稿时间:2016-07-10
修稿时间:2017-07-12

Optimal Design of Ultrasonic Transducer Array for Wind Measurement
Xing Hongyan,Wei Jiaji,Xu Wei,Yu Xiang and Zhou Huiping. Optimal Design of Ultrasonic Transducer Array for Wind Measurement[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2017, 38(8): 1988-1995
Authors:Xing Hongyan  Wei Jiaji  Xu Wei  Yu Xiang  Zhou Huiping
Abstract:In order to weaken the strength of turbulence generated by ultrasonic transducer in wind field and also reduce the effect of turbulence on the accuracy of ultrasonic transducer signal acquisition, in this paper the factors that transducer array influences flow field are analyzed and a new transducer array is designed. This new array consists of six transceiver integrated ultrasonic transducers and three independent wind measurement paths. According to different flow direction, the wind speed calculation model is established; combining the working characteristics of transducer chip the design of the wind measurement array is improved and the influence of shadow effect is reduced. Several typical arrays are selected to compare and analyze the flow field distribution features in the array by changing Reynolds number, wind speed and direction parameters using the FLUENT software. The wind speed nephogram of the array and speed curve of the wind measurement paths are obtained, which verifies that the performance of the improved wind measurement array is effectively enhanced. The designed array meets the requirements of improving wind measurement accuracy.
Keywords:array   flow around cylinder   wind speed measurement   ultrasonic transducer
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