一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置的制作方法

本发明涉及流体流动实验装置，具体涉及一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置。

背景技术：

风洞是进行空气动力试验最常用、最有效的工具之一，其主要作用是按照一定的规律产生流场，从而用于研究实验物体与流场之间的相互影响。风洞在航空和航天工程的研究和发展中起到了重要的作用，同时也被广泛运用到了环境污染、房屋建筑等领域的研究。

基于高速飞行器的设计及实验要求，航空和航天工程的研究严格要求风洞试验段流场拥有高雷诺数，均匀温度场，且在垂直流动方向无速度差，因此需要强力动力源提供高速流场，以及设计精密的风洞各段洞体提供规整流场。

不同于航空和航天工程研究中的风洞，环境污染和房屋建筑研究中所对应的流场往往是低速的，由于大气边界层的影响，在竖直地面方向上具有速度差以及温度差。同时由于大气湍流的不可控，在不同的方向上都有可能会存在速度差。

公告号为CN205593725U的中国专利文献公开了一种试验风洞，用于汽车散热器翅片换热和气动试验，包括洞体，均设于洞体内的通风装置和发热装置，及用于控制通风装置的通风风速和发热装置的发热温度的控制装置；洞体包括依次连接的用于容置通风装置的动力部、沿气流方向横截面逐渐增大的过渡部、用于稳定气流的稳定部、沿气流方向横截面逐渐缩小的收缩部、及用于容置试验件和发热装置的试验部。

该实用新型通过设置过渡部使得在较小风洞尺寸前提下避免气流明显分离，设置稳定部提高了气流的均匀性和稳定性，收缩部则有利于气流的减压加速，同时设置控制装置以便于及时调整检测数据，提高试验精度、避免数据失真。但该实用新型的试验风洞无法使气流产生非均匀的速度分布。

现有的用于环境污染及房屋建筑研究的风洞，可以模拟大气边界层对竖直地面速度分布的模拟，但无法模拟温度分布，更无法模拟大气湍流不可控所导致的不同方向上可能存在的无规则速度分布。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置。解决了现有风洞无法模拟实际非均匀流场速度及温度分布的问题。

本发明所采取的技术方案如下：

一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置，包括依次排列的动力段、加热段和检测段，还包括用于调控动力段和加热段的控制台，所述动力段由整齐排列成阵列形式的两个或两个以上的风扇组成，形成风扇阵列；所述的加热段由两个或两个以上等间距上下排列的加热管组成，形成加热管阵列；所述的检测段由微型速度温度传感器组成，形成传感器阵列，实时测量流场的速度分布及温度分布并将相关数据反馈给控制台。所述的控制台与动力段、加热段和检测段分别连接，接收来自检测段的反馈信息同时对动力段和加热段进行控制。

在上述技术方案中，通过风扇阵列作为动力源，对风洞中的流体进行加速，使其获得动能。加热段的加热管通电产生热量，将流场中的流体进行加热，使其具有一定的温度。

为了使风洞试验段内形成具有不同速度分布的流场，作为优选，可以通过控制台单独调控风扇阵列内的任一风扇，使得风扇阵列形成垂直速度方向截面上不同速度分布的流场。

为了使风洞试验段内形成具有不同温度分布的流场，作为优选，所述的加热管内等间距布置有微型加热器，通过控制台单独调控加热段内的任一加热管内的任一微型加热器，不同微型加热器的加热功率不同，使得不同位置的流体的加热量不一致，从而形成垂直速度方向截面上不同温度分布的流场。

优选的，所述的风扇阵列根据动力段的形状尺寸变化而设计成不同的形状尺寸，可以满足不同的用户要求。

优选的，所述的动力段、加热段、检测段根据风洞试验段的形状尺寸设计并均与风洞试验段保持一致。如此，就不需要设计特定的流道用于过渡动力段与后部特定形状尺寸流道，简化了设计过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明不需要特定流道设计的过渡段，动力段形状尺寸可与风洞试验段保持一致；动力段的风扇阵列可直接产生均匀流场，不需要经过整流装置均匀化处理。将动力段、加热段、检测段的形状尺寸根据风洞试验段设计并均与风洞试验段保持一致，不需要再另外设计特定的流道用于过渡动力段与后部特定形状尺寸流道，简化了设计过程。

(2)本发明可从源头产生不同形式的流场，可根据需求实现流场在风洞试验段垂直速度方向截面上的不同速度分布及温度分布要求。控制台可实时调控动力段及加热段，从而实现流场的速度分布及温度分布的实时变化，可模拟大气流场的随机变化。

附图说明

图1是本发明基于一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置的系统结构示意图；

图2是控制台以外的装置部分的三维结构分解示意图；

图3是动力段的风扇阵列分布结构示意图；

图4是图3动力段改变尺寸的风扇阵列分布结构示意图；

图5是特殊形状一的动力段的风扇阵列分布结构示意图；

图6是特殊形状二的动力段的风扇阵列分布结构示意图；

图7是加热段的结构示意图；

图8是检测段的结构示意图；

图9是速度分布形成原理图；

图10是温度分布形成原理图；

图11是均匀流场分布示意图；

图12是非均匀流场分布示意图。

图中各附图标记为：

1、控制台；2、动力段；3、加热段；4、检测段；5、风洞试验段；6、风扇；7、加热管；8、微型加热器；9、微型速度温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置作进一步详细描述。

如图1、2所示，一种不同速度及温度分布的风洞流场产生装置，包括用于调控动力段和加热段的控制台1，以风扇阵列为动力源的动力段2，由加热管阵列为热源的加热段3和检测段4。其中，动力段2、加热段3和检测段4按先后顺序排列连接在风洞试验段5的前端。

如图3所示，动力段2由若干相同型号的风扇6整齐地排列成阵列形式。动力段2的形状尺寸可以按照用户的风洞试验段5的形状尺寸要求自行设计，不再需要设计特定的流道用于过渡，如图4，为图3改变尺寸的动力段风扇阵列。甚至可根据风洞试验段5的特殊流道形状要求布置特殊排列形式的风扇阵列，如图5、图6。

将加热段3、检测段4的形状尺寸设计成与动力段2保持一致，不需要再设计特定的流道用于过渡动力段2与后部特定形状尺寸的流道。

如图7所示，加热段3中布置有若干加热管7上下排列，加热管7的长度根据加热段3的形状尺寸而定，且相邻加热管7之间的间距相同，加热管7内等间距布置有微型加热器8。

如图8，检测段4由微型速度温度传感器9组成，形成阵列形式。

如图9，用于调控动力段2和加热段3的控制台1对由风扇阵列为动力源的动力段2进行调控，使得阵列中不同位置的风扇6拥有不同的转速，原本静止的空气在不同转速的风扇的作用下，将形成一定的速度分布，不同位置的空气存在速度差。

如图10，用于调控动力段2和加热段3的控制台1对加热段3进行调控，使得不同位置的加热管7内的微型加热器8拥有不同的加热功率，原本温度均匀的空气在不同加热功率的微型加热器8的作用下，将形成一定的温度分布，不同位置的空气存在温度差。

整套装置正常使用时，用于调控动力段2和加热段3的控制台1对由风扇阵列为动力源的动力段2和由加热管阵列为热源的加热段3进行调控，由风扇阵列为动力源的动力段2对空气进行加速，使其获得动能，驱动空气流动，进入由加热管阵列为热源的加热段3，布置在其中的加热管7将对空气进行加热，形成一定速度分布和温度分布的流场，以满足实验要求。检测段4内的微型速度温度传感器9实时测量流场的速度分布及温度分布并将相关数据反馈给控制台1。

如图11所示，若所有风扇6转速保持一致，则可形成速度均匀的流场，同样的，若所有微型加热器8的加热功率保持一致，则可形成温度均匀的流场。

如图12所示，若单独调控各个风扇6的转速，单独调控各个微型加热器8的加热功率，则可形成不同速度场和不同温度场的流场。在此基础上，控制台对风扇及微型加热器进行实时调控。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。