【摘 要】
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当前常用探空仪湿度测量系统绝大部分带有防雨帽,这导致湿度测量存在明显的太阳辐射偏干误差(SRDB,solar radiation dry bias),为了研究和改善防雨帽对湿度测量的影响,本文主要采用计算流体动力学方法(CFD),设计相关实验研究了不同结构、不同材料的防雨帽对湿度测量系统升温量的影响,并结合饱和水汽压公式推导湿度测量的SRDB。(1)本文采用计算流体动力学(CFD)方法从理论上研究
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当前常用探空仪湿度测量系统绝大部分带有防雨帽,这导致湿度测量存在明显的太阳辐射偏干误差(SRDB,solar radiation dry bias),为了研究和改善防雨帽对湿度测量的影响,本文主要采用计算流体动力学方法(CFD),设计相关实验研究了不同结构、不同材料的防雨帽对湿度测量系统升温量的影响,并结合饱和水汽压公式推导湿度测量的SRDB。(1)本文采用计算流体动力学(CFD)方法从理论上研究安装不同类型防雨帽的湿度测量系统的SRDB。首先通过Pro/E软件构建三种不同基本结构防雨帽,分别为常用圆柱形防雨帽、半球形防雨帽以及棱形防雨帽。然后借助ICEM软件将模型进行网格划分,最后通过Fluent软件仿真在太阳辐射下防雨帽内部温升量的变化,并对比各类型条件下的SRDB。(2)设计对比仿真实验,研究防雨帽和其他各项参数对湿度测量SRDB的影响,主要包括防雨帽结构、尺寸、材料等参数以及海拔高度、太阳高度角和空气流速。分别仿真模拟上述情况下的多组数据,研究各变量对湿度测量系统的SRDB的影响,以探求探空仪防雨帽的最优结构与材料。结果表明:虽然三种结构的防雨帽在防雨效果方面效果相当,但在防辐射方面,圆柱形防雨帽表现较好,采用防水透气膜代替传统塑料的防雨帽,能够使得探空仪湿度测量的SRDB大幅度下降。(3)设计温湿度测量系统,硬件电路包含一个安装防雨帽的主探头,探头内安装一个温湿度传感器,负责测量防雨帽内部温湿度情况,主板上另外安装一个温度传感器,以测量防雨帽外部环境温度。将实验数据与对应的CFD仿真数据进行对比,对比结果表明:实验数据与对应仿真数据整体变化趋势是一致的,但相较于仿真数据,由于实验室环境、温湿度传感器的安装位置以及实验所用防雨帽表面材料采用手工粘贴的方式,导致实验数据整体数值略大。上述仿真结果和实验结果表明防雨帽能够起到较好的防雨效果,但仍存在太阳辐射偏干误差,采用新型防水透气膜材料的防雨帽能够最大程度地降低高空湿度测量的SRDB,为防雨帽的优化设计提供一定理论依据。
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