专利名称：可移动便携式风洞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测野外地表风蚀、风沙流运动过程的可移动便携式风洞。
背景技术：
自20世纪50年代至今，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国家相继建起了 20多座不同类型的移动便携风洞。在我国，中科院兰州沙漠研究所在20世纪60年代建成了室内风沙环境风洞，但直至2003年，国内内蒙古农业大学、中国农业大学尝试建设便携式风洞。纵观国内外已有的便携式风洞，主要存在以下几个方面的问题首先，动力段中心轴线均高于实验段的中心轴线，实验段气流存在悬浮于地表流过的现象，地表风蚀效果不显著； 其次，澳大利亚和内蒙古林学院设计的风洞，没有扩压口 ；除内蒙古林学院风洞之外其余风洞没有拐角导流片，即旋转叶栅；中国农业大学和美国设计的风洞，扩散和收缩段呈不对称结构，这些都将减弱实验段气流的均勻性和稳定度。除中科院寒区旱区环境与工程研究所设计的风洞1(专利号200810182207.X)和风洞2，其余风洞动力段的中心轴线均高于实验段的中心轴线，实验段气流不均勻(多集中于上部)，气流悬浮于地表流过，地表风蚀效果不显著，就中科院寒区旱区环境与工程研究所设计的风洞2，整流段底面低于实验段底面， 实验段不能被放置在地面，进而不能开展原始地表的风蚀参数测量；而风洞1没有整流段， 流场品质低，风机入口易进沙，影响风机正常运转和实验的实施；纵观上述，目前国内外风洞还存在设计风速低，基本都在20!!^1以下；比较笨重， 不便移动；实验段不透光，不能满足基于现代电子技术、激光技术和数字图像处理技术等测试方法的应用。
发明内容针对目前国内外现有便携式风洞的不足，本实用新型的目的旨在提供一种可移动便携式风洞。利用该风洞可模拟一个独立和可控的自然风条件，又可在野外天然地表上快速而有效的进行风蚀实验。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种可移动便携式风洞，风洞为直流吹气式，它是由入口段、动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段、收缩段、第一实验段、第二实验段、第三实验段、扩压口组成，风洞各段均由整体折弯制成的法兰相互连接，并在法兰连接处粘贴密封条；其特征在于入口段为斜45度的上翘的圆筒形结构，外围呈外翻喇叭口 ；动力段放置风机，依次外接变频器和汽油发电机组，风机的入风口和出风口处都设有整流罩，电机放置在整流罩内，并预留有散热孔，出风口处设置了反扭导流片；扩散段和收缩段之间设置整流段，整流段由蜂窝器和阻尼网构成；第一实验段、第二实验段和第三实验段为倒扣型“η”形方筒，未设底板，框架与沙地接触，其中的第一实验段是三节不锈钢实验段，第二实验段不锈钢框架玻璃实验段， 第三实验段是不锈钢框架落地玻璃实验段，第二实验段和第三实验段左右两侧和顶部是设有合叶的有机玻璃窗，每节实验段顶部的两端都设有戴盖子的开口，置放风速测量装置；除入口段外，其余动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段、收缩段、第一实验段、第二实验段、第三实验段、扩压口的中心均在同一水平轴线上，且动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段和收缩段的下地板与实验段内的地面齐平。上述变频调速风机调速范围为UOmiT1。本实用新型的特点包括⑴能够产生自由的旋涡气流和稳定流动的气流场；(2) 风速随地面高度呈对数函数变化，接近自然大气的风速廓线特征，以保证真实的空气动力作用于跃移颗粒；(3)能够产生可比拟于自然气候的各种风力；(4)转移地点方便，拆装容易；(5)经久耐用，安全可靠；(6)在野外原始地表，可开展基于光学图像处理技术的风沙流高速摄影观测实验。
图1为本实用新型结构示意图。图2为图1风洞俯视结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明如图1-图2所示。一种可移动便携式风洞，风洞为直流吹气式。它是由入口段1、 动力段2、圆形变矩形过渡段3、扩散段4、整流段5、收缩段6、第一实验段(三节不锈钢实验段)7;第二实验段(玻璃实验段)8、第三实验段(落地玻璃实验段)9、扩压口 10组成，风洞由2mm厚不锈钢板制成。总重量为1. 1吨，长约11m，风速范围在ΙΙΟπ Γ1连续可调。风洞各段都加设了 L30X30mm的角铁筋，均由整体折弯制成的km法兰相互连接，并在法兰连接处粘贴密封条。入口段1为斜45度的上翘的圆筒形结构，外围呈外翻喇叭口 ；动力段2 放置变频调速风机，外接变频器和汽油发电机组，风机的入风口和出风口处都设有整流罩， 电机放置在整流罩内，并预留有散热孔，并在出风口处设置了反扭导流片；扩散段4和收缩段6之间设置整流段，整流段由蜂窝器和阻尼网构成；扩散段4、整流段5、收缩段6、第一实验段7、第二实验段8和第三实验段9都加设了 L30 X 30的角铁筋，其中扩散段4、整流段5、 收缩段6的底部为LlOX 10的角铁筋。这样的整体结构更加结实耐用，而且使扩散段4、整流段5、收缩段6的下地板落到了地面。第一实验段7由2mm厚不锈钢制成，第二实验段8 和第三实验段9为玻璃实验段，由不锈钢框架以及左右两侧和顶部均设有合叶的1. 5cm厚有机玻璃窗组成。实验段截面积0. 6mXO. 6m，均为倒扣的“η”形方筒，没有底板，第三实验段9为落地玻璃窗。每节实验段的顶部两端都设有15cmX 2cm的戴盖子的开口，用于架设皮托管进行风洞入口和实验段风速的测量。除入口段1外，其余各段的中心均在同一水平轴线上，且扩散段4、整流段5、收缩段6的下地板与实验段内的地面齐平，实现了在野外风洞中进行原始地表风蚀实验的目的。入口段1为斜45度的上翘式圆筒形结构，最外围是外翻的喇叭口。这样的结构设计不仅防止了沙粒进入风机，更重要的是较轻的动力段和风洞所有部件的下底板都紧贴于地面(见图1-图2)，这种设计避免了以往风洞中，气流从较高的动力段进入较低的实验段时经常悬浮于地表吹过的现象，使收缩段出来的气流能够紧贴实验段原始地面吹过；其次， 也避免了气流通过下弯的拐角时发生分离、能量损失和不易导直的问题。因此，风蚀作用比起动力段被放置在车上的风洞更加明显，速度分布更加均勻。[0013]动力段2由嘉壹本13. 5千瓦汽油发电机组、成都运城SDS系列5. 5千瓦圆筒形变频调速风机和变频器三部分组成，其中风机的入风口和出风口处都设有整流罩，电机被放在整流罩内，并预留有散热孔，出风口处设置了反扭导流片。风洞配制的射流调频变速风机质量轻、体积小、风速大，其额定功率为5. 5Kw。目的是通过射流调频变速风机调频以控制转速并改变其风速，频率范围在l-50Hz之间，对应风速范围是1-30H1S-1。配套发电机组的额定功率为13. 5Kw，是风机功率的2倍多，完全满足了风机全速运转时的所需功率，风速在ΙΙΟπ Γ1之间连续可调，一般野外风速都在20!!^1的范围之内，因此，该风洞的设计风速基本适应了野外风速的全尺度模拟研究。风洞总重量1. 1吨，运移可用一辆车厢长4. 2m的江淮或东风小霸王汽车运输，越野性比较好，在野外环境下，基本可以到达预定的草地、戈壁或流沙边缘等实验地点。实验过程中，发电机组始终在车上，而其它部件的卸车和组装工作由5个人在50分钟内可较轻松的完成，拆卸和装车工作可在40分钟内完成。实验中，第一实验段7、第二实验段8和第三实验段9被放置在最后，然后连接扩压口 10，风蚀观测均可在第二实验段8和第三实验段9的任意一节中进行。另外，第三实验段 9侧面的玻璃窗为落地式，三个实验段顶部的两端都设有开口，用以架设风速测量装置。实验时用黑平绒布将第二实验段8和第三实验段9的玻璃窗全部覆盖，这样便实现了白天在野外的暗室效果，使野外高速摄影测量成为可能，弥补了我国在此研究方面的不足。利用本发明可在野外原始地表方便的进行各类风蚀参数的测量，例如风沙流中的气流速度、沙粒速度、模型流场、风蚀量、输沙通量和风雪流的观测等。具体目的如下①采集不同原始地表净风或携沙条件下不同高度的风速数据；②利用高速摄影或PIV技术实现风沙流沙粒轨迹、数目和速度的微观测量；③各类模型的流场和抗风蚀性能的测定；④不同地表风蚀量和输沙通量的界定；⑤开展风雪流的野外实地观测。
权利要求1.一种可移动便携式风洞，风洞为直流吹气式，依次由入口段(1)、动力段O)、圆形变矩形过渡段(3)、扩散段0)、整流段(5)、收缩段(6)、第一实验段(7)、第二实验段(8)、 第三实验段(9)、扩压口(10)组成，风洞各段均由整体折弯制成的法兰相互连接，并在法兰连接处粘贴密封条；其特征在于入口段(1)为斜45度的上翘的圆筒形结构，外围呈外翻喇叭口 ；动力段( 放置风机，依次外接变频器和汽油发电机组，风机的入风口和出风口处都设有整流罩，电机放置在整流罩内，并预留有散热孔，出风口处设置了反扭导流片；扩散段(4)和收缩段(6)之间设置整流段(5)，整流段(5)由蜂窝器和阻尼网构成；第一实验段 (7)、第二实验段(8)和第三实验段(9)为倒扣型“η”形方筒，未设底板，框架与沙地接触，其中的第一实验段(7)是三节不锈钢实验段，第二实验段(8)是不锈钢框架玻璃实验段，第三实验段(9)是不锈钢框架落地玻璃实验段，第二实验段((8)和第三实验段((9)实验段左右两侧和顶部设有合叶的有机玻璃窗，每节实验段顶部的两端都设有戴盖子的开口，除入口段(1)外，其余动力段O)、圆形变矩形过渡段(3)、扩散段0)、整流段(5)、收缩段(6)、 第一实验段(7)、第二实验段(8)、第三实验段(9)、扩压口(10)的中心均在同一水平轴线上，且动力段O)、圆形变矩形过渡段C3)、扩散段(4)、整流段( 和收缩段(6)的下地板与实验段内的地面齐平。
2.根据权利要求1所述的一种可移动便携式风蚀风洞，其特征在于上述变频调速风机调速范围为1-3011^1。
专利摘要本实用新型涉及一种可移动便携式风洞，洞体由动力段、扩散段、整流段、收缩段、实验段、扩压口和配套仪器组成，风洞各段均由整体折弯制成的法兰相互连接，并在法兰连接处粘贴密封条。该风洞在野外原始地表可方便地进行各类风蚀参数的测定。其特点是(1)能够产生自由的旋涡气流和稳定流动的气流场；(2)能够产生可比拟于自然气候的各种风力；(3)经久耐用，安全可靠；(4)转移地点方便，拆装容易。适宜开展各类野外风沙流起动、风速风压、输沙、侵蚀、模型流场、风雪流方面的实验观测和颗粒速度、浓度、能量分布等微观方面的研究，为我国在野外地表风蚀的原位实验、风吹雪实验以及特殊环境下(青藏高原高寒低气压环境等)的风沙运动规律研究提供了基础的实验设备。
文档编号G01M9/02GK202092853SQ20112016507
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者凌裕泉, 屈建军, 张克存, 韩庆杰 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所