一种带有排流段的吹式阵风风洞的制作方法

本发明涉及一种阵性风风洞实验装置，更具体地说，它涉及一种带有排流段的吹式阵风风洞。

背景技术：

边界层风洞，在风工程领域的研究中起着越来越重要的作用。边界层风洞具有模拟大气边界层流动的能力，能为研究大气污染物的扩散规律、风沙物质传输以及大跨度桥、高层建筑、塔等许多其他独特结构的安全设计研究提供技术支持。

然而，对于一些极端气象事件(诸如阵风锋、飓风等)非稳态气流占据主导作用时，普通边界层风洞缺少模拟这些事件瞬变效应的能力。因此，需要一种能产生阵性风效果的大气边界层风洞。

大气中的湍流，一般来说湍流尺度越大，那么湍流的频率就越低；尺度越大的障碍物产生的湍流尺度越大。常规大气边界层风洞通过尖劈和粗糙元产生的湍流，尖劈和粗糙元的尺度一般在0.1m左右，所以产生的湍流频率比较高。而实际大气中因为有高楼大厦、山坡、树林等尺度较大的障碍物的存在，所以湍流中低频部分的能量不容忽视，所以有必要在风洞中产生尺度较大、频率较低的脉动风，这样才能够跟真实的大气更吻合，这就是我们阵风风洞的设计意义。

目前，能产生阵性风效果的大气边界层风洞一般是采用机械摆动机构或者调整风机转速来产生阵风。但是，以此种方式产生的阵风，其阵风频率较高。而大气边界层中的随机阵风速度产生大小变化有高有低，因此，目前的阵风风洞无法完全模拟出大气边界层中的随机阵风。

按照气流的流动方向可以分为吹出式风洞和吸入式风洞:吹出式风洞是以风机吹出的气流作为风洞的流动介质；而吸入式风洞则是通过风叶机片旋转形成的低压区,将空气吸入形成气流。两种类型的风洞应用范围都很广,但具体应用领域又有所不同,吸入式风洞由于风机在洞体末端,只能进行绕流、流场测定等非扬沙的风洞试验；而吹出式风洞不仅可以进行上述非扬沙风洞试验,还可以进行沙粒的起动风速、输沙率等扬沙试验。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种带有排流段的吹式阵风风洞，其具有模拟自然环境，提供一种有强有弱的阵性风优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种带有排流段的吹式阵风风洞。主要由以下各段依次连接形成直流开路，包括：动力段、分流段、扩散段、稳定和收缩段、试验段和出口扩散段以及排流段。所述稳定和收缩段是使气流保持均匀稳定的等直径管道，稳定和收缩段内还安装了包括蜂窝器阻尼网等整流设备。蜂窝器在于对气流进行梳直导向，阻尼网是使进口气流均匀、稳定。排流段和分流段连接处设置有分流门，排流段另一侧与外界相通。当分流门关闭时，排流段停止运行；当分流门开启时，排流段开始运行。稳定和收缩段一端连接有试验段，气流经试验段流入出口扩散段，出口扩散段其作用是把气流的动能转变为压力能，以减小风洞的功率损失。本发明可通过控制排流段的排流风机以抽吸方式主动向外界分流动力段的气流，或通过液压联动控制节流阀上活动叶片的开合使排流段阻塞面积发生变化，从而使动力段分流入排流段向外界的泄流量发生变化，其泄流量由活动叶片开合程度决定。两方法均是通过控制动力段进入排流段的气流量，达到间接控制主通道试验段气流量的目的，使得试验段的气流量发生变化，从而在试验段形成大小变化的阵风。

本发明排流段可设置为两种，一种设置有节流阀，另一种设置有拐角段和多风扇段。排流段的作用在于对气流进行分流后向外界排放，并可控制排流段的排流风机以抽吸方式主动向外界分流动力段的气流，或通过液压联动控制节流阀上活动叶片的开合使排流段阻塞面积发生变化，从而使动力段分流入排流段向外界的泄流量发生变化，其泄流量由活动叶片开合程度决定。两方法均是通过控制动力段进入排流段的气流量，达到间接控制主通道试验段气流量的目的，使得试验段的气流量发生变化，从而在试验段形成大小变化的阵风。节流阀包括若干活动叶片和固定导流罩。其中固定导流罩固定设置在排流段中，并且每个固定导流罩上都活动连接有活动叶片，相邻两个固定导流罩上的活动叶片能够通过开合影响排流段中的阻塞面积。设置有风扇的排流段包括拐角段和多风扇段。通过拐角段与多风扇段连接处固定设置的若干个整齐排列的风扇来控制排流段中的通风速度。分流段一侧与动力段相连。动力段包括后端风机罩子、止旋片、风扇和前端风机罩子。风扇位于风机的前端。基于风扇位置以及气流流向将风机罩子分为前端风机罩和后端风机罩。后端风机罩外侧设置有止旋片。动力段与分流段连接，将气流吹进主通道。

试验时，气流从动力段流入，通过动力段中风扇使气流加速吹进分流段，通过扩散段与稳定和收缩段连接处设置的蜂窝器阻尼网使气流变得较为均匀、稳定，高速气流进入试验段，当气流通过试验段后进入出口扩散段，最后进入大气中。动力段可使入口气流的压力提高，加速气体的排出。排流段可对气流进行分流从而控制主通道试验段气流量，使得试验段的气流量发生变化，最终在试验段形成大小变化的阵风。

优选的当排流段为通路时，液压联动控制节流阀上活动叶片做开合运动，当排流段为闭路时，活动叶片停止。主通道流量的大小随活动叶片的运动不断发生改变。

优选的分流门通过液压装置的控制实现开合

优选分流门同步开启或关闭。

优选的对应分流门的边缘包裹有密封条。

优选的所述分流段、动力段、扩散段、试验段、稳定和收缩段、排流段和分流门为全钢结构。

通过采用上述技术方案，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

本发明带有排流段的吹式阵风风洞的排流段设置有节流阀，节流阀设有活动叶片，通过液压联动控制节流阀上活动叶片的开合使排流段阻塞面积发生变化，从而使动力段分流入排流段向外界的泄流量发生变化，其泄流量由活动叶片开合程度决定。从而控制动力段进入排流段的气流量，达到间接控制主通道试验段气流量的目的，使得试验段的气流量发生变化，从而在试验段形成大小变化的阵风。

此外，排流段还可设置有拐角段和多风扇段。设置若干个固定在排流段中的排流风扇形成多风扇段，通过排流风机以抽吸方式主动向外界分流动力段进入排流段的气流量，达到间接控制主通道试验段气流量的目的，使得试验段的气流量发生变化，从而在试验段形成大小变化的阵风。

本发明提供带排流段的吹式阵风风洞能够真实模拟出大气边界层的阵风。

附图说明

图1为本发明实施例1中带有排流段的吹式阵风风洞的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中动力段和排流段各部件位置示意图；

图3为本发明实施例1中节流阀中活动叶片张开时各部件位置示意图；

图4为本发明实施例1中节流阀中活动叶片闭合时各部件位置示意图；

图5为本发明实施例1中分流门关闭时各部件位置示意图；

图6为本发明实施例1中分流门打开时各部件位置示意图；

图7为本发明实施例2中带有排流段的吹式阵风风洞的整体结构示意图；

图8为本发明实施例2中排流段各部分位置示意图；

图9为本发明实施例2中多风扇段部件位置示意图；

图10为本发明实施例2中分流门关闭时各部件位置示意图；

图11为本发明实施例2中分流门打开时各部件位置示意图。

图中：101、动力段；102、分流段；103、扩散段；104、稳定和收缩段；105、试验段；106、出口扩散段；107、排流段；108、分流门；109、风扇；110、前端风机罩子；111、后端风机罩子；112、止旋片；113、节流阀；114、分流口；116、蜂窝器；118、固定导流罩；119、活动叶片；120、液压装置；117、阻尼网；214、拐角段；221、多风扇段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本发明实施例提出一种带有排流段的吹式阵风风洞，以实现产生高低不同频率的阵风。如图1-6所示本发明实施例的带有排流段的吹式阵风风洞包括动力段101、分流段102、扩散段103、稳定和收缩段104、试验段105和出口扩散段106,所述动力段101一端连通于外界，另一端连接分流段102，分流段102另一端连接着扩散段103，扩散段103与稳定和收缩段104连通且在连通处固定设置有互相平行的蜂窝器116和阻尼网117，稳定和收缩段104另一端与试验段105连接，试验段105另一端连接着与外界相通的出口扩散段106，还设置有若干个排流段107，其中排流段107一端与分流段102连接，另一端与外界相通。排流段107与分流段102的连接处为分流口114，分流口114处设置有分流门108。排流段107中设置有节流阀113。节流阀113包括若干个活动叶片119和固定导流罩118，其中固定导流罩118固定设置在排流段107中，并且每个固定导流罩118上都活动连接有活动叶片119，相邻两个固定导流罩118上的活动叶片119能够通过开合影响排流段107中的通风速度。分流门108通过设置在排流段107外侧壁上的液压装置120进行开合。动力段101还设置有依次连接的后端风机罩子111、止旋片112、风扇109和前端风机罩子110，并且后端风机罩子111朝向外界出口段，前端风机罩子110朝向分流段102。动力段101、分流段102、扩散段103、稳定和收缩段104、排流段107、分流门108、试验段105和出口扩散段106为全钢结构。风洞总体长度60.5m，试验段2.5m*2m*16m(长)，动力段φ5.1m*9.1m(长)，旁路段1.7m*4.5m*9m(长)。

运行时风机带动风扇109转动得以产生气流，气流沿着主通道流经分流段102与排流段107互通处的分流口114时，通过液压装置120控制分流门108打开使得部分气流进入排流段107，由于风扇109的功率是固定不变的，主通道中经过分流段102中的总空气流量是固定的，当排流段107分流一部分流量之后，试验段105中的流量变少了，当排流段107内节流阀113中活动叶片119开合时，排流段107中向外界排放的的流量会产生变化，进而试验段105中的流量也会产生变化，最终会在试验段产生大小变化的阵风，具体为，当活动叶片119之间的间隙变小时，排流段107中向外界排放的的流量就会变小，试验段105的流量就会变大；当活动叶片119之间的间隙变大时，排流段107中向外界排放的的流量就会变大，试验段105的流量就会变小。通过不断地调节活动叶片119之间的间隙，实现在试验段105处产生大小变化的阵风。分流门108关闭时，气流没有再进入排流段107内排出，阵风风洞转化成常规风速吹式风洞。

实施例2：

如图7-11所示本实施例与实施例1的区别在于排流段107包括有与分流段102相通的拐角段214和与外界相通的多风扇段221，多风扇段221与拐角段214连通处设置有若干个固定在排流段107中的排流风扇，通过排流风扇的运行来控制排流段107内的通风速度。分流门108通过设置在拐角段214外侧壁上的液压装置120进行开合。多风扇段221中固定设置有若干个风扇，位置情况如图9所示。通过变频电机对多风扇段221中风扇的运行来控制排流段107中的通风速度，从而使试验段105风速产生大小变化。

运行时风机带动风扇109转动得以产生气流，气流沿着主通道流经分流段102与排流段107互通处的分流口114时，通过液压装置120控制分流门108打开使得部分气流进入排流段107，由于风扇109的功率是固定不变的，主通道中经过分流段102中的总流量是固定的，当排流段107分流一部分流量之后，试验段105中的流量变少了，排流段107中多风扇段221设置的排流风扇运行时排流段107中的流量会产生变化(排流风扇用于把气流从排流段107排向外界)，进而试验段105中的流量也会产生变化，最终会在试验段产生风速大小变化的阵风，具体为，当排流风扇低频率运行时，排流段107中向外界排放的的流量就会变小，试验段105的流量就会变大；当排流风扇高频率运行时，排流段107中向外界排放的的流量就会变大，试验段105的流量就会变小。通过排流风扇的频率调节实现在试验段105处产生大小变化的阵风。分流门108关闭时，气流没有再进入排流段107内排出，阵风风洞转化成常规风速吹式风洞。

多风扇说明：可以同时控制：通过控制风机组的旋转速度使得试验段的气流量得到高低频率的改变。也可以依次控制：通过控制排风机组的各行运行的情况。当第一行的排风机组运行开始后依次运行第二行、第三行直至所有排风机组全部开启，使排流段107内的排风量逐渐增大，使扩散出口段106气流向外界排放量逐渐减少的同时使试验段的风速产生大小变化。通过排风机组运行数量的多少变化时速度从而改变试验段阵风大小变化的速度。上述这种多个小风扇的控制方式相较于单独使用一个较大功率的风扇而言，更容易控制，而且启动和关闭的响应速度更快，风速的变化率可以达到更高的要求，控制精度更高。

风洞总体长度60.5m，试验段2.5m*2m*16m(长)，动力段φ5.1m*9.1m(长)，旁路段1.8m*4.5m*9m(长)(羊拐角式)。