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。

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