一种风致颗粒运动风洞模拟试验装置的制作方法

本发明涉及风洞试验装置技术领域，特别是一种风致颗粒运动风洞模拟试验装置。

背景技术：

降雪是一种常见的自然现象，降雪量大时会带来雪灾而给人类带来诸多不便，甚至是危害生命财产安全。自然降雪往往伴随着风的作用，风雪灾害的作用效果与特征急切需要得到认识。与降雪类似，沙尘暴也是一种自然灾害。风雪灾害与沙尘暴的本质是风致颗粒运动，风洞试验是一种较好的试验手段用来研究这两种自然灾害。然而，现有风雪研究需要在低温风洞试验室中开展。现实情况是低温风洞实验室造价高且数量极少，而常规风洞造价相对较低而数量较多，由此在常规风洞中模拟降雪与风的作用成为了一种经济可行的途径。同时，可参考的风沙运动风洞试验装置也较少。

风洞试验模拟中往往选择细小的颗粒物模拟雪颗粒或沙，如下：

①一种建筑筛沙装置发明专利(申请号201710743771.3)。该发明通过设置小齿轮、第一轴承、第一活动杆、大齿轮、固定轴、第一拉杆、第二拉杆、第二轴承、第二活动杆、斜杆、滑槽、滑杆、第三拉杆、转轴、拉板、筛网、滑板和滑块的配合，达到了省时省力的效果，提高了传统的建筑筛沙装置的实用性。

②一种筛沙装置(申请号cn201220194034.5)。包括四周的边框，四周的边框上固定安装有三面包围型的导板，其中两侧的导板为带有斜坡面的挡板，另外一个导板为竖直放置的立板，所述的三面包围型的导板之间安装有过滤网，过滤网由边框固定在所述的三面包围型的导板上，所述的边框上固定安装有若干支撑梁，所述的支撑梁为三角形的钢杆，且支撑梁的尖锐边朝上。本装置结构简单，可以用于大量的生产工作，生产速度快，效率高。

③一种皮带运输装置检测保护设备明专利(申请号cn201611107268.0)其特征在于：所述的皮带运输装置检测保护设备包括支架、传送带转轴、皮带、光线感应器、联轴器、角度传感器、转轴；其中：转轴通过联轴器传动安装在支架上，支架的一端联轴器一侧设置安装有角度传感器，转轴的中间位置设置安装有光线感应器，支架下侧安装有传送带传送装置，传送带传送装置包括传送带转轴和皮带组成。

④一种降雪装置及气候室(201410410283.7)。该发明由水冷冷水机对水箱内水进行降温，达到预定降雪温度后将水由喷头喷出而形成降雪。

⑤人工降雪装置(200710026839.2)。该发明由动力机构带动转轴旋转，箱体的底部为带有通雪孔的孔板，转轴相对于孔板垂直，在孔板的上方设有与其接触配合的刮板，该刮板与转轴周向连接。

⑥一种能模拟降雪过程的低能耗高效风洞(201520060819.7)。该发明设计了一种模拟降雪的风洞，动力段安装风机，制冷段安装液氮制冷系统，水雾生成段有雾化气动喷嘴，通过水雾急剧降温形成降雪。

前述现有方案①、②以大批量筛沙为主要目的，没有考虑筛沙量的准确控制，且不考虑风的作用。方案③将上部传送装装置作为装置的核心考察对象，以传送装置的合理性和可调节性为主要目的，且其主要功能在于对物体进行传送，不能够对多个影响因素进行同时调控，且不考虑风的作用。前述现有方案④、⑤、⑥从物理变化角度可生成雪或通过低温风洞的水雾降温形成雪，成本较高，不能利用好现有的大量的常规风洞。

技术实现要素：

为了研究风雪灾害与沙尘暴，本发明提供了一种适用于常规风洞中的风致颗粒运动模拟试验装置，以在常规风洞中模拟自然降雪、风雪运动、风沙运动等自然现象。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种风致颗粒运动风洞模拟试验装置，包括下箱体，下箱体包括左、右两侧的竖板和上面板，上面板还设置有颗粒物下落空隙；下箱体内的底部，前段设置有流线型过渡空心体，后段设置有散落颗粒物清理仓；所述颗粒物下落空隙，位于流线型过渡空心体与散落颗粒物清理仓的接合部位靠近散落颗粒物清理仓一侧的上方；还包括上箱体，上箱体包括依次固定连接的左挡板、后挡板和右挡板，还包括前挡板和下部的承重板；所述承重板从前往后向下倾斜，前端设置有第一转动轴，第一转动轴的两端连接到前挡板的下端，后端设置有第二转动轴并与后挡板的下端构成上箱体缝隙；所述前挡板上部两侧分别设置有固定螺栓，固定螺栓分别套装在左挡板和右挡板上部的螺栓移动滑槽内；还包括一对前固定立柱和一对后固定立柱；所述上箱体通过前、后固定立柱固定在下箱体的上方，所述第二转动轴的两端连接到所述一对后固定立柱的中部，上箱体缝隙位于颗粒物下落空隙的上方；还包括第三转动轴，第三转动轴的两端通过转动轴承连接到所述一对后固定立柱的上部；还包括钢索，钢索的一端绕接在第三转动轴上，另一端连接到承重板的前部。

进一步地，所述承重板、第一转动轴和第二转动轴共同套装传送带，第二转动轴的一端还通过电机传送带连接到步进电机。

本发明的有益效果在于，1、同时对风速、颗粒物速度以及颗粒物流量等多个因素进行调控，来模拟不同情况下的颗粒情况。2、对风致颗粒运动进行直观地观察，亦可以加入结构物，观察风雪、沙尘暴对结构物的影响。3、采用长箱体结构，使用流线型过渡空心体以及较为密闭的环境，将实验干扰因素降到最低。4、结构简单，可行性高，并能充分利用现有常规风洞，经济性能高。

附图说明

图1为试验装置的结构图；

图2为试验装置中上箱体的剖面图。

图中，1-下箱体左、右两侧的竖板，2-下箱体的上面板，3-前固定立柱，4-固定螺栓，5-螺栓移动滑槽，6-流线型过渡空心体，7-步进电机，8-电机传送带，9-散落颗粒物清理仓，10-转动摇杆，11-转动轴承，12-后挡板，13-第三转动轴，14-钢索，15-前挡板，16-左挡板，17-颗粒物下落空隙，18-第二转动轴，19-传送带，20-第一转动轴，21-承重板。

具体实施方式

如图1所示，试验装置包括下箱体，为长箱体结构。下箱体包括左、右两侧的竖板1和上面板2，上面板2还设置有颗粒物下落空隙17；下箱体内的底部，前段设置有流线型过渡空心体6(图中虚线展示了流线型过渡空心体的上表面)，后段设置有散落颗粒物清理仓9，清理仓9可以从下箱体中抽出；颗粒物下落空隙17，位于流线型过渡空心体6与散落颗粒物清理仓9的接合部位靠近散落颗粒物清理仓9一侧的上方。

如图2所示，上箱体包括依次固定连接的左挡板16、后挡板12和右挡板，还包括前挡板15和下部的承重板21；承重板21从前往后向下倾斜，前端设置有第一转动轴20，第一转动轴20的两端连接到前挡板15的下端，后端设置有第二转动轴18并与后挡板12的下端构成上箱体缝隙；前挡板15上部两侧分别设置有固定螺栓4，固定螺栓4分别套装在左挡板16和右挡板上部的螺栓移动滑槽5内。

还包括一对前固定立柱3和一对后固定立柱；上箱体通过前、后固定立柱固定在下箱体的上方，第二转动轴18的两端连接到一对后固定立柱的中部，上箱体缝隙位于颗粒物下落空隙17的上方；还包括第三转动轴13，第三转动轴13的两端通过转动轴承11连接到一对后固定立柱的上部；还包括钢索14，钢索14的一端绕接在第三转动轴13上，另一端连接到承重板21的前部。钢索14可以是一根或两根。

更进一步的技术方案是，在承重板21、第一转动轴20和第二转动轴18共同套装传送带19，第二转动轴18的一端还通过电机传送带8连接到步进电机7。

试验装置使用时，

a、将颗粒物装入上箱体中，在覆盖在承重板21上部的传送带19的带动下，颗粒物通过上箱体缝隙和颗粒物下落空隙17落入下箱体中，通过调节步进电机7的转速来调控覆盖在承重板21上部的传送带19的传动速度以达到控制颗粒物降落速度的目的。

b、也可以在不使用步进电机7和传送带19的情况下通过改变承重板21的倾角来改变颗粒物的下落速度以及颗粒物的流量，具体为：承重板21的后端连接到固定在后挡板12下端的第二转动轴18上，该轴两端固定在一对后固定立柱上，空间位置不发生改变，钢索一端固定在承重板21的前部，通过转动摇杆(10)来收紧或者放松钢索14以达到牵动承重板21改变倾角的目的。倾角改变后，后挡板12与承重板21及第二转动轴18之间的缝隙宽度改变，可以控制颗粒物的通过量。前挡板15的下端连接在随承重板21一起转动的第一转动轴20上，在承重板21倾角改变的过程中，前挡板15可以绕着第一转动轴20转动，并通过固定螺栓4进行固定，并且固定螺栓4可以根据前挡板15的位置改变相应地在螺栓移动滑槽5中进行移动来调整位置。

其中，由下箱体左、右两侧的竖板1、下箱体的上面板和流线型过渡空心体6构成封闭的流动空间，可减小装置的气动影响。

流线型过渡空心体6的作用：a.模拟颗粒降落试验时，颗粒落到散落颗粒物清理仓9，空心体流线型外形作用下不影响风场。b.模拟颗粒在风的作用下启动等不考虑颗粒降落的风致运动时，可以在散落颗粒物清理仓9预先填满颗粒物，风可以自由吹蚀这些颗粒物。

使用时，还可以在下箱体中加入结构物，观察风雪、沙尘暴对结构物的影响。

本发明具有以下优点：1、具有传送速度、角度可控制的颗粒堆放空间(即上箱体)。为了使上箱体装填颗粒物部分容量较大，采取了可移动前挡板15的设计；传送带19下部的承重板21为颗粒物提供了有效的支撑，不至于压迫传送带19变形；通过转动摇杆10调控承重板21的倾角，从而控制传送带19的倾角；承重板21倾角的改变不仅可以改变颗粒物下滑的速度，同时也可以改变与后挡板12之间的缝隙来达到控制流量的目的。2、流线型过渡空心体6配合散落颗粒物清理仓9试验有无颗粒降落的风致运动模拟。模拟颗粒降落试验时，颗粒落到散落颗粒物清理仓，空心体流线型外形作用下不影响风场。模拟颗粒在风的作用下启动等不考虑颗粒降落的风致运动时，可以在散落颗粒物清理仓预先填满颗粒物，风可以自由吹蚀这些颗粒物。