專利名稱：可移動便攜式風(fēng)洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種監(jiān)測野外地表風(fēng)蝕、風(fēng)沙流運動過程的可移動便攜式風(fēng)洞。
背景技術(shù)：
自20世紀50年代至今，美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞、加拿大等國家相繼建起了 20多座不同類型的移動便攜風(fēng)洞。在我國，中科院蘭州沙漠研究所在20世紀60年代建成了室內(nèi)風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞，但直至2003年，國內(nèi)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)嘗試建設(shè)便攜式風(fēng)洞?？v觀國內(nèi)外已有的便攜式風(fēng)洞，主要存在以下幾個方面的問題首先，動力段中心軸線均高于實驗段的中心軸線，實驗段氣流存在懸浮于地表流過的現(xiàn)象，地表風(fēng)蝕效果不顯著； 其次，澳大利亞和內(nèi)蒙古林學(xué)院設(shè)計的風(fēng)洞，沒有擴壓口 ；除內(nèi)蒙古林學(xué)院風(fēng)洞之外其余風(fēng)洞沒有拐角導(dǎo)流片，即旋轉(zhuǎn)葉柵；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國設(shè)計的風(fēng)洞，擴散和收縮段呈不對稱結(jié)構(gòu)，這些都將減弱實驗段氣流的均勻性和穩(wěn)定度。除中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所設(shè)計的風(fēng)洞1(專利號200810182207.X)和風(fēng)洞2，其余風(fēng)洞動力段的中心軸線均高于實驗段的中心軸線，實驗段氣流不均勻(多集中于上部)，氣流懸浮于地表流過，地表風(fēng)蝕效果不顯著，就中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所設(shè)計的風(fēng)洞2，整流段底面低于實驗段底面， 實驗段不能被放置在地面，進而不能開展原始地表的風(fēng)蝕參數(shù)測量；而風(fēng)洞1沒有整流段， 流場品質(zhì)低，風(fēng)機入口易進沙，影響風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)和實驗的實施；縱觀上述，目前國內(nèi)外風(fēng)洞還存在設(shè)計風(fēng)速低，基本都在20!!^1以下；比較笨重， 不便移動；實驗段不透光，不能滿足基于現(xiàn)代電子技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)等測試方法的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容針對目前國內(nèi)外現(xiàn)有便攜式風(fēng)洞的不足，本實用新型的目的旨在提供一種可移動便攜式風(fēng)洞。利用該風(fēng)洞可模擬一個獨立和可控的自然風(fēng)條件，又可在野外天然地表上快速而有效的進行風(fēng)蝕實驗。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種可移動便攜式風(fēng)洞，風(fēng)洞為直流吹氣式，它是由入口段、動力段、圓形變矩形過渡段、擴散段、整流段、收縮段、第一實驗段、第二實驗段、第三實驗段、擴壓口組成，風(fēng)洞各段均由整體折彎制成的法蘭相互連接，并在法蘭連接處粘貼密封條；其特征在于入口段為斜45度的上翹的圓筒形結(jié)構(gòu)，外圍呈外翻喇叭口 ；動力段放置風(fēng)機，依次外接變頻器和汽油發(fā)電機組，風(fēng)機的入風(fēng)口和出風(fēng)口處都設(shè)有整流罩，電機放置在整流罩內(nèi)，并預(yù)留有散熱孔，出風(fēng)口處設(shè)置了反扭導(dǎo)流片；擴散段和收縮段之間設(shè)置整流段，整流段由蜂窩器和阻尼網(wǎng)構(gòu)成；第一實驗段、第二實驗段和第三實驗段為倒扣型“η”形方筒，未設(shè)底板，框架與沙地接觸，其中的第一實驗段是三節(jié)不銹鋼實驗段，第二實驗段不銹鋼框架玻璃實驗段， 第三實驗段是不銹鋼框架落地玻璃實驗段，第二實驗段和第三實驗段左右兩側(cè)和頂部是設(shè)有合葉的有機玻璃窗，每節(jié)實驗段頂部的兩端都設(shè)有戴蓋子的開口，置放風(fēng)速測量裝置；除入口段外，其余動力段、圓形變矩形過渡段、擴散段、整流段、收縮段、第一實驗段、第二實驗段、第三實驗段、擴壓口的中心均在同一水平軸線上，且動力段、圓形變矩形過渡段、擴散段、整流段和收縮段的下地板與實驗段內(nèi)的地面齊平。上述變頻調(diào)速風(fēng)機調(diào)速范圍為UOmiT1。本實用新型的特點包括⑴能夠產(chǎn)生自由的旋渦氣流和穩(wěn)定流動的氣流場；(2) 風(fēng)速隨地面高度呈對數(shù)函數(shù)變化，接近自然大氣的風(fēng)速廓線特征，以保證真實的空氣動力作用于躍移顆粒；(3)能夠產(chǎn)生可比擬于自然氣候的各種風(fēng)力；(4)轉(zhuǎn)移地點方便，拆裝容易；(5)經(jīng)久耐用，安全可靠；(6)在野外原始地表，可開展基于光學(xué)圖像處理技術(shù)的風(fēng)沙流高速攝影觀測實驗。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1風(fēng)洞俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案再作進一步的說明如圖1-圖2所示。一種可移動便攜式風(fēng)洞，風(fēng)洞為直流吹氣式。它是由入口段1、 動力段2、圓形變矩形過渡段3、擴散段4、整流段5、收縮段6、第一實驗段(三節(jié)不銹鋼實驗段)7;第二實驗段(玻璃實驗段)8、第三實驗段(落地玻璃實驗段)9、擴壓口 10組成，風(fēng)洞由2mm厚不銹鋼板制成?？傊亓繛?. 1噸，長約11m，風(fēng)速范圍在ΙΙΟπ Γ1連續(xù)可調(diào)。風(fēng)洞各段都加設(shè)了 L30X30mm的角鐵筋，均由整體折彎制成的km法蘭相互連接，并在法蘭連接處粘貼密封條。入口段1為斜45度的上翹的圓筒形結(jié)構(gòu)，外圍呈外翻喇叭口 ；動力段2 放置變頻調(diào)速風(fēng)機，外接變頻器和汽油發(fā)電機組，風(fēng)機的入風(fēng)口和出風(fēng)口處都設(shè)有整流罩， 電機放置在整流罩內(nèi)，并預(yù)留有散熱孔，并在出風(fēng)口處設(shè)置了反扭導(dǎo)流片；擴散段4和收縮段6之間設(shè)置整流段，整流段由蜂窩器和阻尼網(wǎng)構(gòu)成；擴散段4、整流段5、收縮段6、第一實驗段7、第二實驗段8和第三實驗段9都加設(shè)了 L30 X 30的角鐵筋，其中擴散段4、整流段5、 收縮段6的底部為LlOX 10的角鐵筋。這樣的整體結(jié)構(gòu)更加結(jié)實耐用，而且使擴散段4、整流段5、收縮段6的下地板落到了地面。第一實驗段7由2mm厚不銹鋼制成，第二實驗段8 和第三實驗段9為玻璃實驗段，由不銹鋼框架以及左右兩側(cè)和頂部均設(shè)有合葉的1. 5cm厚有機玻璃窗組成。實驗段截面積0. 6mXO. 6m，均為倒扣的“η”形方筒，沒有底板，第三實驗段9為落地玻璃窗。每節(jié)實驗段的頂部兩端都設(shè)有15cmX 2cm的戴蓋子的開口，用于架設(shè)皮托管進行風(fēng)洞入口和實驗段風(fēng)速的測量。除入口段1外，其余各段的中心均在同一水平軸線上，且擴散段4、整流段5、收縮段6的下地板與實驗段內(nèi)的地面齊平，實現(xiàn)了在野外風(fēng)洞中進行原始地表風(fēng)蝕實驗的目的。入口段1為斜45度的上翹式圓筒形結(jié)構(gòu)，最外圍是外翻的喇叭口。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅防止了沙粒進入風(fēng)機，更重要的是較輕的動力段和風(fēng)洞所有部件的下底板都緊貼于地面(見圖1-圖2)，這種設(shè)計避免了以往風(fēng)洞中，氣流從較高的動力段進入較低的實驗段時經(jīng)常懸浮于地表吹過的現(xiàn)象，使收縮段出來的氣流能夠緊貼實驗段原始地面吹過；其次， 也避免了氣流通過下彎的拐角時發(fā)生分離、能量損失和不易導(dǎo)直的問題。因此，風(fēng)蝕作用比起動力段被放置在車上的風(fēng)洞更加明顯，速度分布更加均勻。[0013]動力段2由嘉壹本13. 5千瓦汽油發(fā)電機組、成都運城SDS系列5. 5千瓦圓筒形變頻調(diào)速風(fēng)機和變頻器三部分組成，其中風(fēng)機的入風(fēng)口和出風(fēng)口處都設(shè)有整流罩，電機被放在整流罩內(nèi)，并預(yù)留有散熱孔，出風(fēng)口處設(shè)置了反扭導(dǎo)流片。風(fēng)洞配制的射流調(diào)頻變速風(fēng)機質(zhì)量輕、體積小、風(fēng)速大，其額定功率為5. 5Kw。目的是通過射流調(diào)頻變速風(fēng)機調(diào)頻以控制轉(zhuǎn)速并改變其風(fēng)速，頻率范圍在l-50Hz之間，對應(yīng)風(fēng)速范圍是1-30H1S-1。配套發(fā)電機組的額定功率為13. 5Kw，是風(fēng)機功率的2倍多，完全滿足了風(fēng)機全速運轉(zhuǎn)時的所需功率，風(fēng)速在ΙΙΟπ Γ1之間連續(xù)可調(diào)，一般野外風(fēng)速都在20!!^1的范圍之內(nèi)，因此，該風(fēng)洞的設(shè)計風(fēng)速基本適應(yīng)了野外風(fēng)速的全尺度模擬研究。風(fēng)洞總重量1. 1噸，運移可用一輛車廂長4. 2m的江淮或東風(fēng)小霸王汽車運輸，越野性比較好，在野外環(huán)境下，基本可以到達預(yù)定的草地、戈壁或流沙邊緣等實驗地點。實驗過程中，發(fā)電機組始終在車上，而其它部件的卸車和組裝工作由5個人在50分鐘內(nèi)可較輕松的完成，拆卸和裝車工作可在40分鐘內(nèi)完成。實驗中，第一實驗段7、第二實驗段8和第三實驗段9被放置在最后，然后連接擴壓口 10，風(fēng)蝕觀測均可在第二實驗段8和第三實驗段9的任意一節(jié)中進行。另外，第三實驗段 9側(cè)面的玻璃窗為落地式，三個實驗段頂部的兩端都設(shè)有開口，用以架設(shè)風(fēng)速測量裝置。實驗時用黑平絨布將第二實驗段8和第三實驗段9的玻璃窗全部覆蓋，這樣便實現(xiàn)了白天在野外的暗室效果，使野外高速攝影測量成為可能，彌補了我國在此研究方面的不足。利用本發(fā)明可在野外原始地表方便的進行各類風(fēng)蝕參數(shù)的測量，例如風(fēng)沙流中的氣流速度、沙粒速度、模型流場、風(fēng)蝕量、輸沙通量和風(fēng)雪流的觀測等。具體目的如下①采集不同原始地表凈風(fēng)或攜沙條件下不同高度的風(fēng)速數(shù)據(jù)；②利用高速攝影或PIV技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)沙流沙粒軌跡、數(shù)目和速度的微觀測量；③各類模型的流場和抗風(fēng)蝕性能的測定；④不同地表風(fēng)蝕量和輸沙通量的界定；⑤開展風(fēng)雪流的野外實地觀測。
權(quán)利要求1.一種可移動便攜式風(fēng)洞，風(fēng)洞為直流吹氣式，依次由入口段(1)、動力段O)、圓形變矩形過渡段(3)、擴散段0)、整流段(5)、收縮段(6)、第一實驗段(7)、第二實驗段(8)、 第三實驗段(9)、擴壓口(10)組成，風(fēng)洞各段均由整體折彎制成的法蘭相互連接，并在法蘭連接處粘貼密封條；其特征在于入口段(1)為斜45度的上翹的圓筒形結(jié)構(gòu)，外圍呈外翻喇叭口 ；動力段( 放置風(fēng)機，依次外接變頻器和汽油發(fā)電機組，風(fēng)機的入風(fēng)口和出風(fēng)口處都設(shè)有整流罩，電機放置在整流罩內(nèi)，并預(yù)留有散熱孔，出風(fēng)口處設(shè)置了反扭導(dǎo)流片；擴散段(4)和收縮段(6)之間設(shè)置整流段(5)，整流段(5)由蜂窩器和阻尼網(wǎng)構(gòu)成；第一實驗段 (7)、第二實驗段(8)和第三實驗段(9)為倒扣型“η”形方筒，未設(shè)底板，框架與沙地接觸，其中的第一實驗段(7)是三節(jié)不銹鋼實驗段，第二實驗段(8)是不銹鋼框架玻璃實驗段，第三實驗段(9)是不銹鋼框架落地玻璃實驗段，第二實驗段((8)和第三實驗段((9)實驗段左右兩側(cè)和頂部設(shè)有合葉的有機玻璃窗，每節(jié)實驗段頂部的兩端都設(shè)有戴蓋子的開口，除入口段(1)外，其余動力段O)、圓形變矩形過渡段(3)、擴散段0)、整流段(5)、收縮段(6)、 第一實驗段(7)、第二實驗段(8)、第三實驗段(9)、擴壓口(10)的中心均在同一水平軸線上，且動力段O)、圓形變矩形過渡段C3)、擴散段(4)、整流段( 和收縮段(6)的下地板與實驗段內(nèi)的地面齊平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可移動便攜式風(fēng)蝕風(fēng)洞，其特征在于上述變頻調(diào)速風(fēng)機調(diào)速范圍為1-3011^1。
專利摘要本實用新型涉及一種可移動便攜式風(fēng)洞，洞體由動力段、擴散段、整流段、收縮段、實驗段、擴壓口和配套儀器組成，風(fēng)洞各段均由整體折彎制成的法蘭相互連接，并在法蘭連接處粘貼密封條。該風(fēng)洞在野外原始地表可方便地進行各類風(fēng)蝕參數(shù)的測定。其特點是(1)能夠產(chǎn)生自由的旋渦氣流和穩(wěn)定流動的氣流場；(2)能夠產(chǎn)生可比擬于自然氣候的各種風(fēng)力；(3)經(jīng)久耐用，安全可靠；(4)轉(zhuǎn)移地點方便，拆裝容易。適宜開展各類野外風(fēng)沙流起動、風(fēng)速風(fēng)壓、輸沙、侵蝕、模型流場、風(fēng)雪流方面的實驗觀測和顆粒速度、濃度、能量分布等微觀方面的研究，為我國在野外地表風(fēng)蝕的原位實驗、風(fēng)吹雪實驗以及特殊環(huán)境下(青藏高原高寒低氣壓環(huán)境等)的風(fēng)沙運動規(guī)律研究提供了基礎(chǔ)的實驗設(shè)備。
文檔編號G01M9/02GK202092853SQ20112016507
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者凌裕泉, 屈建軍, 張克存, 韓慶杰 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所