專利名稱：一種低速風(fēng)洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉一種適用農(nóng)田、林木實(shí)驗(yàn)用的林帶防風(fēng)效應(yīng)的裝置，具 體地說(shuō)是一種低速風(fēng)洞。
背景技術(shù)：
林帶的動(dòng)力效應(yīng)是林帶的主要效應(yīng)之一，人們把重點(diǎn)放在林帶的防風(fēng) 效應(yīng)上，并取得了較一致的看法。隨著生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)展的需要和理論研究的 不斷深入，研究的深度和廣度也不斷增加，為深入研究林帶對(duì)其附近氣流 結(jié)構(gòu)特征的影響(包括平均運(yùn)動(dòng)和湍流)，本實(shí)用新型利用風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn) 方法，以獲取必要的科學(xué)研究數(shù)據(jù)。
風(fēng)洞，實(shí)際上是一種能在其中按需要造成一定速度的人造氣流并能在 其中進(jìn)行各種空氣動(dòng)力學(xué)的模擬試驗(yàn)的裝置，它廣泛應(yīng)用于航空、氣象、 工程及林帶防風(fēng)效應(yīng)等領(lǐng)域。按氣流速度，風(fēng)洞可分為低速風(fēng)洞，高亞聲 速風(fēng)洞和跨聲速、超聲速、高超聲速風(fēng)洞。按工作方式，風(fēng)洞可分為持續(xù)
工作式風(fēng)洞、暫沖式風(fēng)洞;按結(jié)構(gòu)可分為開(kāi)口式、閉口式兩種。風(fēng)洞通常由 收縮段、實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)散段和測(cè)量控制等部分組成。氣象上應(yīng)用的一般屬低 速風(fēng)洞，主要有儀器檢定風(fēng)洞、云霧實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞、大氣環(huán)境模擬風(fēng)洞等。儀 器檢定風(fēng)洞用來(lái)校準(zhǔn)、檢驗(yàn)測(cè)風(fēng)儀器并對(duì)這些儀器的動(dòng)力學(xué)性能作研究。 云霧實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞用來(lái)模擬大氣層云霧滴變化的微觀過(guò)程，這時(shí)風(fēng)洞中還需有
溫度、濕度、壓力的控制系統(tǒng)
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是用高科S手段在室內(nèi)模擬各種自然風(fēng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。 風(fēng)洞的大風(fēng)扇將模擬出各種風(fēng)力，通過(guò)蜂窩狀的導(dǎo)流管，均勻地或者模擬 自然風(fēng)吹到被實(shí)驗(yàn)的模型上，從而為大橋、樓房、汽車(chē)、草地、林木的受 風(fēng)情況提供各種準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為建筑設(shè)計(jì)及科學(xué)研究提供可靠的科學(xué)依據(jù)。
在林帶、草地防風(fēng)效應(yīng)的研究中，應(yīng)用的是低速風(fēng)洞，釆用木質(zhì)或金 屬材料制成，對(duì)其內(nèi)部直觀效果差，且形式單一，。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的直觀效果差等缺陷，本實(shí)用新型要解決的技術(shù) 問(wèn)題是提供一種直觀效果好且能夠根據(jù)需要改變進(jìn)氣方向的低速風(fēng)洞。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型釆用的技術(shù)方案是 本實(shí)用新型一種低速風(fēng)洞，整體為橫向設(shè)置的長(zhǎng)簡(jiǎn)狀，具有可改裝的 閉口式或開(kāi)口式結(jié)構(gòu)，從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口依次包括收縮段、實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)散
段及風(fēng)扇段，實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向上游設(shè)有整流網(wǎng)，收縮段與實(shí)驗(yàn)段之間設(shè)有蜂
皆?shī)W 咼奮。所述閉口式結(jié)構(gòu)和開(kāi)口式結(jié)構(gòu)可改裝互換，即整流網(wǎng)從閉口式結(jié)構(gòu)的 實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向上游拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向下游，成為開(kāi) 口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段的上游；蜂窩器從閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段與實(shí)驗(yàn)段之間拆
下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段與擴(kuò)散段之間；閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段與擴(kuò) 散段功能互換，成為開(kāi)口式結(jié)構(gòu)的收縮段與擴(kuò)散段；所述閉口式結(jié)構(gòu)的風(fēng) 扇段中，風(fēng)扇為吸氣式運(yùn)行；所述開(kāi)口式結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇段中，風(fēng)扇為吹氣式 運(yùn)行；所述收縮段、實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)散段及風(fēng)扇段的主體均為有機(jī)玻璃制成。 本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)
1. 本實(shí)用新型為在原有閉口式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改裝為閉口及開(kāi)口式可互 換的結(jié)構(gòu)，在所測(cè)的模型一致，條件也一致的情況下測(cè)量防護(hù)林的防風(fēng) 效果和風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ψ魑锏挠绊懀贸龅慕Y(jié)果是有差別的，把得出的 數(shù)據(jù)相互參考，結(jié)果達(dá)到最佳狀態(tài)，有利于實(shí)驗(yàn)研究，并節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成 本。
2. 本實(shí)用新型整體框架釆用有機(jī)玻璃材料制成，對(duì)其內(nèi)部直觀效果好, 并增加使用壽命。


圖l為本實(shí)用新型閉口吸氣式結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型內(nèi)部釆用的單株樹(shù)模型示意圖； 圖3為本實(shí)用新型釆用的皮管受感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型開(kāi)口吹風(fēng)式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型低速風(fēng)洞是一種適用農(nóng)田、林木實(shí)驗(yàn)用的低速 風(fēng)洞，為橫向設(shè)置的長(zhǎng)簡(jiǎn)狀，整體框架為有機(jī)玻璃材料制成，直觀效果好, 增加使用壽命，并具有可改裝的閉口式和開(kāi)口式兩種結(jié)構(gòu)。閉口式結(jié)構(gòu)為 吸風(fēng)形式，開(kāi)口式結(jié)構(gòu)為吹風(fēng)形式，從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口依次包括收縮段l、 實(shí)驗(yàn)段2、擴(kuò)散段3以及風(fēng)扇段4，實(shí)驗(yàn)段2的風(fēng)向上游設(shè)有整流網(wǎng)5，收縮段 l與實(shí)驗(yàn)段2之間以及實(shí)驗(yàn)段2與擴(kuò)散段3之間設(shè)有蜂窩器6。
實(shí)施例1
閉口式結(jié)構(gòu)從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口依次包括收縮段l、實(shí)驗(yàn)段2、擴(kuò)散段3及 風(fēng)扇段4，總長(zhǎng)為962cm。
本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)段2截面積取40cmx40cm的正方 形，收縮段1的前端設(shè)有整流網(wǎng)5，收縮段1與實(shí)驗(yàn)段2之間設(shè)有蜂窩器6，風(fēng) 扇段4中的風(fēng)扇7吸氣式運(yùn)行。
收縮段l是氣流的進(jìn)口段，對(duì)實(shí)驗(yàn)段2中氣流的特征有重要影響。因 此要求在收縮段l內(nèi)，不發(fā)生氣體流脫體現(xiàn)象，且出口處氣流平穩(wěn)，分布 均勻，紊流度小，因此，該段邊壁形狀應(yīng)接近流線型。可按伯特契洛 (Batchelon, G. K.)給出的公式進(jìn)行計(jì)算，以求出此段任意段處的截面積<<formula>formula see original document page 5</formula>
式中^為出口截面積(等于實(shí)驗(yàn)段入口截面積)，取為40cmx40cm; 進(jìn)口截面積4 ="。； w為收縮比， 一般取"=6;收縮段l長(zhǎng)度/取為實(shí)驗(yàn) 段截面積特征長(zhǎng)度D。的1.8倍；Z)。根據(jù)下式求算 <formula>formula see original document page 5</formula>
式中7'。=^^稱為水力半徑，故可求得/=72cm; ^為距進(jìn)口處的距 離，不同距離x處的橫截面積4和其邊長(zhǎng)可根據(jù)上式計(jì)算。
收縮段1后是實(shí)驗(yàn)段2，也稱工作段，模型實(shí)驗(yàn)是從這里開(kāi)始的。因此 要求實(shí)驗(yàn)段2各截面上風(fēng)速分布均勻穩(wěn)定，風(fēng)向與軸線平行。故壁面應(yīng)平 直、光滑和密閉，不能漏氣。由入口處210-250cm為穩(wěn)定階段，賴以造成 充分發(fā)展的邊界層；模型高按5cm計(jì)算，影響風(fēng)速的距離按50-100倍"樹(shù)" 高計(jì)算(約300-400cm),故實(shí)驗(yàn)段取為600-700cm,以便安放觀測(cè)儀器。
擴(kuò)散段3在風(fēng)洞開(kāi)路出口處有大量空氣被排出，因此損失掉相當(dāng)多的 動(dòng)能，往往是影響風(fēng)洞效率的主要因素，其損失功率P為
式中m為單位時(shí)間排出的空氣質(zhì)量，F(xiàn)為出口處的平均速度。
風(fēng)扇段4由風(fēng)扇7在風(fēng)扇段4內(nèi)造成較低的氣壓，而使風(fēng)洞內(nèi)產(chǎn)生氣
流，該段是風(fēng)洞的動(dòng)力部分。風(fēng)速0.2-2 5w/秒連續(xù)可調(diào)。
整流網(wǎng)5為由直徑0.15mm的銅絲做成、每平方寸200目的三層活動(dòng)整
流網(wǎng)，安裝在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)段的上游(安裝在收縮段1的前端)，以降低實(shí)驗(yàn)
段的紊流度，為減少能量損失，本實(shí)施例中將其安裝在風(fēng)速較小的收縮段
的入口處。
蜂窩器6是由薄金屬片構(gòu)成的蜂窩部件。氣流流過(guò)時(shí)可以大大改善氣 流的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，安放在實(shí)驗(yàn)段2的入口處。
氣流速度的測(cè)量?jī)x器是風(fēng)洞觀測(cè)的基本儀器，要求精度很高。 一般用 皮脫管感受器(安裝于實(shí)驗(yàn)段的下游50cm處)測(cè)風(fēng)，本實(shí)施例'釆用如圖3 所示的結(jié)構(gòu)，由靜壓管12、總壓管13、復(fù)式管14組成，其原理是由測(cè)得 的動(dòng)壓力來(lái)計(jì)算風(fēng)速。其關(guān)系式可由理論推得為:
v p
式中"為風(fēng)速，《為近于l的儀器常數(shù)，A為總壓力，^為靜壓力，p 為空氣密度。故如測(cè)得A-P = Ap,及p則可以算得風(fēng)速"。
采用DISA-55M熱線微風(fēng)儀與遠(yuǎn)端監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。數(shù)據(jù)的釆集器和
5處理連續(xù)進(jìn)行，熱線微風(fēng)儀的探頭安裝在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的坐標(biāo)架(在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的
中間前50cm處位置安裝)上，在風(fēng)洞外通過(guò)遠(yuǎn)端監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制坐標(biāo)架做
三維空間移動(dòng)，達(dá)到預(yù)定的觀測(cè)位置。
本實(shí)施例釆用JM-9型補(bǔ)償式微壓表(安裝于實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距中間150cm的 位置)，測(cè)量氣流靜壓力，以水為內(nèi)沖液體,測(cè)量結(jié)果可精確到0.001mm水柱 高。
如圖2所示，林帶模型由塑料樹(shù)制成，高10cm,圖中標(biāo)號(hào)8為柏枝、9 為松朵、IO為五合板、ll為鐵片。通過(guò)調(diào)節(jié)株距、行距及行數(shù)改變林帶模 型的透風(fēng)系數(shù)，林帶模型寬高比近似l。
實(shí)施例2
開(kāi)口式結(jié)構(gòu)如圖4所示，與實(shí)施例1的不同之處在于將整流網(wǎng)5從 閉口式結(jié)構(gòu)的位置上拆掉，安裝于實(shí)驗(yàn)段2與擴(kuò)散段3之間，成為開(kāi)口式 結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段2的上游，蜂窩器6從閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段1與實(shí)驗(yàn)段2之 間拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段2與擴(kuò)散段3之間，閉口式結(jié)構(gòu)的收 縮段1與擴(kuò)散段3功能互換,分別成為開(kāi)口式結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散段l'、收縮段3', 風(fēng)扇7為吹氣式運(yùn)行。
實(shí)施例1、 2中，兩種低速風(fēng)洞的洞體相同，在所測(cè)的模型一致，條 件也一致的情況下，得出的結(jié)果是有差別的。那么用開(kāi)口式結(jié)構(gòu)和閉口 式結(jié)構(gòu)先后把同一種實(shí)驗(yàn)各做一次，把得出的數(shù)據(jù)相互參考，結(jié)果達(dá)到 最佳狀態(tài)。
本實(shí)用新型從需要出發(fā)，將閉口式吸氣低速風(fēng)洞，在原來(lái)構(gòu)造的基礎(chǔ) 上改動(dòng)處理后，原來(lái)閉口吸氣式改成既能閉口吸氣，又能開(kāi)口吹氣的兩種 實(shí)驗(yàn)工具。
權(quán)利要求1. 一種低速風(fēng)洞，整體為橫向設(shè)置的長(zhǎng)筒狀，其特征在于具有可改裝的閉口式及開(kāi)口式結(jié)構(gòu)，從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口依次包括收縮段(1)、實(shí)驗(yàn)段(2)、擴(kuò)散段(3)及風(fēng)扇段(4)，實(shí)驗(yàn)段(2)的風(fēng)向上游設(shè)有整流網(wǎng)(5)，收縮段(1)與實(shí)驗(yàn)段(2)之間設(shè)有蜂窩器(6)。
2. 按權(quán)利要求l所述的低速風(fēng)洞，其特征在于所述閉口式結(jié)構(gòu)和開(kāi) 口式結(jié)構(gòu)可改裝互換，即整流網(wǎng)(5)從閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段(2)的風(fēng)向 上游拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段(2)的風(fēng)向下游，成為開(kāi)口式結(jié)構(gòu) 的實(shí)驗(yàn)段(2)的上游；蜂窩器(6)從閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段(1)與實(shí)驗(yàn)段(2)之間拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段(2)與擴(kuò)散段(3)之間；閉 口式結(jié)構(gòu)的收縮段(1)與擴(kuò)散段(3)功能互換，成為開(kāi)口式結(jié)構(gòu)的收縮 段(3')與擴(kuò)散段(r)。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的低速風(fēng)洞，其特征在于所述閉口式結(jié)構(gòu) 的風(fēng)扇段(4)中，風(fēng)扇(7)為吸氣式運(yùn)行。
4. 按權(quán)利要求1或2所述的低速風(fēng)洞，其特征在于所述開(kāi)口式結(jié)構(gòu) 的風(fēng)扇段(4)中，風(fēng)扇(7)為吹氣式運(yùn)行。
5. 按權(quán)利要求1所述的低速風(fēng)洞，其特征在于所述收縮段(1)、 實(shí)驗(yàn)段(2)、擴(kuò)散段(3)及風(fēng)扇段(4)的主體均為有機(jī)玻璃制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及低速風(fēng)洞，整體為橫向設(shè)置的長(zhǎng)筒狀，具有可改裝的閉口式及開(kāi)口式結(jié)構(gòu)，從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口依次包括收縮段、實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)散段及風(fēng)扇段，實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向上游設(shè)有整流網(wǎng)，收縮段與實(shí)驗(yàn)段之間設(shè)有蜂窩器；所述閉口式結(jié)構(gòu)和開(kāi)口式結(jié)構(gòu)可改裝互換，即整流網(wǎng)從閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向上游拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)向下游，蜂窩器從閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段與實(shí)驗(yàn)段之間拆下，安裝于閉口式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)段與擴(kuò)散段之間；閉口式結(jié)構(gòu)的收縮段與擴(kuò)散段功能互換。本實(shí)用新型為在原有閉口式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改裝為閉口式及開(kāi)口式可互換的結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)驗(yàn)研究，并節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，對(duì)其內(nèi)部直觀效果好，增加了使用壽命。
文檔編號(hào)G01M9/00GK201259461SQ20082021824
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者關(guān)德新, 吳家兵, 李曉晏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所