本发明属于环境风洞模拟装置领域，具体涉及一种风雪环境风洞模拟装置。
背景技术：
风雪共同作用会造成诸如大跨结构屋盖积雪的不均匀分布，很容易引起结构局部失稳从而导致整体坍塌破坏，因此提出合理的抗风雪设计方法，提高结构在风雪灾害中的安全性，具有重大的实际意义和理论价值。当前由于缺少能够模拟风雪环境的风洞试验系统，造成目前该领域的相关研究仅限于基于经典假设的数值模拟分析，其缺点是由于缺乏试验的验证与对比，使得数值模拟方法的可靠性及精确性还有待商榷，同时也限制了数值模拟方法的发展。
现阶段风洞试验系统分为两类，回流式风洞以及直流式风洞。回流式风洞具有设计风速高、流场性能好、节约能源消耗等优点，但不宜进行雪、雾、沙等复杂环境模拟；直流型风洞，一般设计风速略低于回流型，能源消耗高于回流型，但可在风机的下游试验段地面铺上沙或雪，研究风吹沙或雪的分布情况。但目前的建筑和桥梁风洞，尚不能模拟降雪的过程以及刮风时雪花随风飘落的复杂环境，更不能测试风雪联合作用对建筑或桥梁结构风压分布、风振响应的影响。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风雪环境风洞模拟装置，以测试风雪环境下对建筑或桥梁结构的影响。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种风雪环境风洞模拟装置，包括顺次设置的动力段、雪花发生段和测试段，所述动力段内设有风机；所述雪花发生段内周向设有若干液氮喷头和水喷头，所述液氮喷头通过液氮管路与液氮源连接，所述水喷头通过水管路与压力水源连接；所述液氮管路与水管路外侧分别加设有与其连通的第一气管路和第二气管路，所述第一气管路和第二气管路均与压力气源连接；所述测试段内设有承载实验模型的旋转台。
优选的，还包括顺次设置在动力段和雪花发生段之间的扩散段和稳定段；所述扩散段内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段内径相同；所述稳定段内径与雪花发生段内径相同。
优选的，所述扩散段与水平线夹角α为10～20度。
优选的，还包括设置在雪花发生段和测试段之间的混合收缩段；所述混合收缩段内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段内径相同。
优选的，所述混合收缩段与水平线夹角β为30～45度。
优选的，所述测试段入口与旋转台之间设有导流板，所述导流板的叶片呈细长菱形状。
优选的，所述水管路外表面加设有保温套。
优选的，所述液氮喷头和水喷头在雪花发生段内为分段布置或交错混合布置。
优选的，所述测试段入口处设有温度风量检测器。
优选的，所述风机上设有风力控制阀；所述液氮源、压力水源、压力气源出口处分别设有液氮控制阀、水源控制阀和气源控制阀。
本发明的有益效果在于：
1、本发明可实现模拟并测试风雪环境下对建筑或桥梁结构的影响。
2、本发明采用的液氮喷头和水喷头是周向设置的，风洞内产生雪花的填充混合率更高，制造大批量雪花的能力更好。
3、本发明采用的旋转台可使实验模型360度全方位接受风雪环境的测试，使模拟结果更加全面真实。
4、本发明采用的扩散段、稳定段和混合收缩段可使气流及风速更加稳定。
5、本发明采用的温度风量检测器及多个控制阀，可实现对风雪流量及温度的调控，根据实验人员的实用需求，设定风洞输入环境的条件值更为灵活。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明整体结构示意图。
附图中标记如下：动力段1、风机11、风力控制阀111、雪花发生段2、液氮喷头21、水喷头22、液氮管路23、液氮源24、液氮控制阀241、水管路25、保温套251、压力水源26、水源控制阀261、第一气管路27、第二气管路28、压力气源29、气源控制阀291、测试段3、实验模型31、旋转台32、导流板33、温度风量检测器34、扩散段4、稳定段5、混合收缩段6。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
一种风雪环境风洞模拟装置，包括顺次设置的动力段1、雪花发生段2和测试段3，所述动力段1内设有风机11；所述雪花发生段2内周向分段布置设有若干液氮喷头21和水喷头22，所述液氮喷头21通过液氮管路23与液氮源24连接，所述水喷头22通过水管路25与压力水源26连接；所述液氮管路23与水管路25外侧分别加设有与其连通的第一气管路27和第二气管路28，所第一气管路27和第二气管路28均与压力气源29连接；所述测试段3内设有承载实验模型31的旋转台32。
本发明的使用情况如下：先将实验模型31放置于旋转台32上，打开动力段1内的风机11，在风洞内形成稳定的气流，液氮和水分别经液氮管路23和水管路25输送至液氮喷头21和水喷头22处，并分别在第一气管路27和第二气管路28输送来的高压气体的推进作用下，向雪花发生段2中心区域喷出，因液氮喷头21和水喷头22是周向设置的，风洞内产生雪花的填充混合率更高，制造大批量雪花的能力更好。液氮迅速汽化吸热，雪花发生段内温度迅速降低，水则冷凝固化为雪花，在气流的带动下向前运动至测试段3，实验模型31在旋转台32的旋转带动下，可360度全方位接受风雪环境的测试，使模拟结果更加全面真实。当然，本领域技术人员也可以关闭旋转台32的旋转功能，只测试实验模型单面在风雪环境下的性能。
在另一实施例中，还包括顺次设置在动力段1和雪花发生段2之间的扩散段4和稳定段5；所述扩散段4内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段5内径相同；所述稳定段5内径与雪花发生段2内径相同。扩散段4可使风机采入的高速高压气流得以适当降压，稳定段5可保证进入雪花发生段2的气流稳定，使风量风速稳定性更好。其中扩散段4与水平线夹角α为10～20度，经模型验证，该夹角范围内，气流的风量风速更加稳定。此处有优选为15度。
进一步的，本实施例还包括设置在雪花发生段2和测试段3之间的混合收缩段6；所述混合收缩段6内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段3内径相同。混合收缩段6可使液氮与水作用形成雪花的过程更稳定，同时也使雪花与气流的混合更加均匀，输送至测试段的风雪也能在内径缩小的混合收缩段作用下适当加压，使风雪更加强劲集中。其中混合收缩段6与水平线夹角β为30～45度，经模型验证，该夹角范围内，气流的风量风速更加稳定。此处有优选为30度。
在另一实施例中，测试段3入口与旋转台32之间设有导流板33，所述导流板33的叶片呈细长菱形状。导流板可使实验人员选择风雪作用于实验模型的方向，且设置成细长菱形状，风阻更小，导流效果更好。
在另一实施例中，水管路25外表面加设有保温套251。由于水喷头22受冷气流的影响处于极低温度环境，可能导致水喷头中水体凝结，堵塞喷头。为防止这种现象发生，在水管路外表面加设有保温套，对水管路内的水体保温，使喷头喷出的水体温度不至于过低，从而保证水喷头畅通。
在另一实施例中，液氮喷头21和水喷头22在雪花发生段2内交错混合布置。该布置方式可使液氮与水混合更均匀，产生的雪花颗粒也更稳定。
在另一实施例中，测试段3入口处设有温度风量检测器34，其可检测风洞中风雪的温度及风量大小，进一步的，风机11上设有风力控制阀111；所述液氮源24、压力水源26、压力气源29出口处分别设有液氮控制阀241、水源控制阀261和气源控制阀291。可通过外部控制处理器获取温度风量检测器34的测量数据，并手动或自动调控风力控制阀111、液氮控制阀241、水源控制阀261和气源控制阀291，实现对风雪流量及温度的调控，温度通过调节水源温度实现，根据实验人员的实用需求，设定风洞输入环境的条件值更为灵活。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。