环境风洞及其融冰雪方法

1.本发明涉及实验风洞技术领域，具体涉及一种环境风洞及其融冰雪方法。


背景技术：

2.风洞即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。
3.在进行环境风洞降雪实验后，实验段底部会积聚较多的降雪，现有技术下一般采用自然融化的方式或二次加热的方式进行融雪，采用自然融化的方式时，融雪时间较长，会影响下一步的实验安排；采用二次加热的方式时，不仅需要额外增加加热设备，也进一步消耗能源，造成能源浪费。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.环境风洞降雪试验后，实验段底部会积聚较多的降雪，目前一般采用自然融化的方式或二次加热的方式进行融雪，前者速率较慢，后者消耗大量能源。
6.现有技术中，如图1和图2所示，为模拟实现接近于真实的日照辐射实验环境，在风洞的实验段内设置有照明组件。进行日照辐射实验时，根据不同实验需求调整照明组件输入功率，实现不同辐射效果。进行日照辐射实验时，日照辐射能量没有得到收集和二次利用，造成大量的能源浪费。
7.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种环境风洞及其融冰雪方法。
8.根据本发明第一方面实施例的环境风洞，包括实验段，所述实验段内设置有照明组件和能量回收系统，所述能量回收系统包括能量收集组件和储能组件，所述能量收集组件用于收集所述照明组件的辐照热量，所述能量存储组件与所述能量收集组件相连以存储所述能量收集组件收集的辐照热量。
9.根据本发明实施例的环境风洞，对日照辐射的辐射能量进行收集、贮存并二次利用，必要时通过融雪换热循环将先前收集并贮存的能量放出，对风洞实验段底部表面积雪或残冰进行加热，提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。
10.根据本发明的一些实施例，所述能量回收系统还包括散热组件，所述散热组件与所述储能组件相连，用于散发所述储能组件存储的辐照热量。
11.根据本发明的一些实施例，所述能量收集组件包括太阳能平板集热器。
12.根据本发明的一些实施例，所述储能组件包括蓄热容器和蓄热介质，所述能量回收系统还包括换热管道，所述换热管道包括吸热管道和散热管道，所述吸热管道包括第一吸热段和第一散热段，所述第一吸热段设置于所述太阳能平板集热器内，所述第一散热段设置于所述蓄热容器内；所述散热管道包括第二吸热段和第二散热段，所述第二吸热段设
置于所述蓄热容器内，所述第二散热段设置于所述散热组件内；所述第一散热段和所述第二吸热段浸没在所述蓄热介质中。
13.根据本发明的一些实施例，所述第二吸热段设置于所述第一散热段上方。
14.根据本发明的一些实施例，所述第二散热段埋设于所述实验段地面内，或所述实验段地面上设置有容置槽，所述第二散热段铺设于所述容置槽内。
15.根据本发明的一些实施例，所述换热管道内设置有换热介质，所述换热介质为液体或气体。
16.根据本发明的一些实施例，所述太阳能平板集热器的数量为多个。
17.根据本发明的一些实施例，所述散热组件包括电热器，所述能量收集组件包括光伏板，所述储能组件包括蓄电池，所述光伏板和所述电热器分别电性连接于所述蓄电池。
18.根据本发明第二方面实施例的环境风洞融冰雪方法，包括以下步骤：
19.s10，在风洞的实验段内进行风洞降雪实验；
20.s20，收集和存储所述实验段内的照明组件产生的辐照热量；
21.s30，停止所述风洞降雪实验并利用收集和存储的辐照热量融化所述实验段内的冰雪。
22.根据本发明的环境风洞融冰雪方法，对日照辐射的辐射能量进行收集、贮存并二次利用，必要时通过融雪换热循环将先前收集并贮存的能量放出，对风洞实验段底部表面积雪或残冰进行加热，提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。
附图说明
23.图1是现有技术当中环境风洞的示意图；
24.图2是图1当中环境风洞实验段处的示意图；
25.图3是本发明实施例提供的环境风洞的示意图；
26.图4是本发明实施例提供的环境风洞中能量回收系统的示意图。
27.附图标记：
28.实验段10；照明组件11；能量回收系统12；能量收集组件121；储能组件122；换热管道123。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下面参考图3和图4描述本发明第一方面实施例的环境风洞。
31.如图3和图4所示，根据本发明实施例的环境风洞，包括实验段10，实验段10内设置有照明组件11和能量回收系统12，照明组件11用于在实验段10内模拟真实的日照辐射环境。能量回收系统12包括能量收集组件121和储能组件122，照明组件11在模拟真实日照辐射环境时，大量辐照能量散逸，能量收集组件121用于收集照明组件11的辐照能量，能量存储组件与能量收集组件121相连，用于存储能量收集组件121收集的辐照能量，并根据需求将存储的辐照能量向外输出，以实现对辐照能量的二次利用。
32.根据本发明实施例的环境风洞，对日照辐射的辐射能量进行收集、贮存并二次利
用，必要时通过融雪换热循环将先前收集并贮存的能量放出，对风洞实验段10底部表面积雪或残冰进行加热，提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。
33.根据本发明的一些实施例，能量回收系统12还包括散热组件123，散热组件123与储能组件122相连，用于散发储能组件122存储的辐照能量。散热组件123设置于实验段10内，散热组件123将储能组件122中存储的辐照能量以热能形式散发到实验段10内，能够提高实验段10内的温度，以达到融化实验段10内积雪或残冰的目的。可选的，散热组件123可以设置于实验段10地面或地下，热量直接传递至堆积在地面的积雪或残冰处；散热组件123也可以设置于实验段10内的上部，通过提高实验段10内的整体温度，达到融化积雪或残冰的目的。
34.根据本发明的一些实施例，能量收集组件121包括太阳能平板集热器，照明组件11发出的光照射到太阳能平板集热器表面涂有吸收层的吸热体上，大部分辐照能量被吸收体吸收转化为热能，并存储于储能组件122当中。
35.根据本发明的一些实施例，能量回收系统12包括换热管道，换热管道包括吸热管道和散热管道，吸热管道用于进行能量收集组件121和储能组件122之间的热量交换，散热管道用于进行储能组件122和散热组件123之间的热量交换，吸热管道和散热管道均为闭环管道，且吸热管道和散热管道互不联通。吸热管道包括第一吸热段和第一散热段，第一吸热段设置于能量收集组件121内，用于收集照明组件11散发的热量，第一散热段设置于储能组件122内，用于向储能组件122传递热量。散热管道包括第二吸热段和第二散热段，第二吸热段设置于储能组件122内，用于收集储能组件122内的热量，第二散热段设置于散热组件123内，用于向散热组件123散发热量。
36.储能组件122包括蓄热容器和蓄热介质，蓄热介质存储于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段均设置于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段浸没在蓄热介质中。热量传递时，首先由第一散热段传递至蓄热介质中，再由蓄热介质向第二吸热段传递。由于吸热管道和散热管道为刚性或柔性管道，二者之间的接触面积有限，在其二者之间增加蓄热介质，能够增大吸热管道和散热管道之间的热量传递速率。蓄热介质可以是流体，优选的，例如水、掺杂了有机物的水溶液、导热油等换热液体。
37.根据本发明的一些实施例，第二吸热段设置于第一散热段上方，由于热量会自发地向上传递，将第二吸热段设置于第一散热段上方，绝大多数第一散热段散发的热量会向上传递至第二吸热段处，能够提高吸热管道和散热管道的热量传递效率。优选的，可以将第二吸热段沿着热量流动的方向设置，以增大第二吸热段的吸热效率。
38.根据本发明的一些实施例，换热管道内设置有阀体和泵体，阀体用于控制换热管道开闭，泵体用于驱动换热管道内流体流动。储能组件122和实验段10之间需要进行热量交换时，阀体和泵体打开，使得换热管道内流体流动并进行热量传递。对于设置有储能组件122、吸热管道和散热管道的环境风洞，阀体包括吸热阀体和散热阀体，泵体包括吸热泵体和散热泵体，吸热阀体和吸热泵体用于控制吸热管道内流体的流动，散热阀体和散热泵体用于控制散热管道内流体的流动。
39.在照明组件11工作时，吸热阀体和吸热泵体打开，使得吸热管道内的流体流动，并通过流体将能量收集组件121收集的热量传递至储能组件122；同时散热阀体和散热泵体关闭，以避免热量从储能组件122传递至散热组件123。
40.在实验段10内需要融化积雪或残冰时，吸热阀体和吸热泵体关闭，以避免热量从储能组件122传递至能量收集组件121；同时散热阀体和散热泵体打开，并通过流体将储能组件122的热量传递至散热组件123。
41.根据本发明的一些实施例，实验段10内邻近第二散热段的地面作为散热组件123，散热管道内的流体流经储能组件122时进行加热，流至第二散热段时向地面散热，以融化地面上的融雪或残冰。可选的，第二散热段埋设于实验段10地面内，使得实验段10地面平整；或实验段10地面上设置有容置槽，第二散热段铺设于容置槽内，便于第二散热段的安装。
42.根据本发明的一些实施例，换热管道内设置有换热介质，换热介质为液体或气体。
43.根据本发明的一些实施例，太阳能平板集热器的数量为多个，多个太阳能平板集热器设置于实验段10内不同位置，以增加对照明组件11辐照能量的收集速率。
44.根据本发明的一些实施例，照明组件11的辐照能量首先转化为电能存储，再转化为热能释放。能量收集组件121包括光伏板，储能组件122包括蓄电池，散热组件123包括电热器，光伏板和电热器分别电性连接于蓄电池。光伏板收集照明组件11的辐照能量后将其转化为电能，电池存储光伏板产生的电能，在需要对实验段10进行加热时将电能输送至电热器，经电热器转化以热能形式散发至实验段10中。
45.根据本发明第二方面实施例的环境风洞融冰雪方法，包括以下步骤：
46.包括以下步骤：
47.s10，在风洞的实验段内进行风洞降雪实验；
48.s20，收集和存储实验段内的照明组件产生的辐照热量；
49.s30，停止风洞降雪实验并利用收集和存储的辐照热量融化实验段内的冰雪。
50.根据本发明的环境风洞融冰雪方法，对日照辐射的辐射能量进行收集、贮存并二次利用，必要时通过融雪换热循环将先前收集并贮存的能量放出，对风洞实验段底部表面积雪或残冰进行加热，提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。
51.下面参考图3和图4以两个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的环境风洞。可以理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
52.实施例一：
53.在本实施例中，环境风洞包括实验段10，实验段10内设置有照明组件11和能量回收系统12。能量回收系统12包括能量收集组件121和储能组件122，能量存储组件与能量收集组件121相连。
54.能量回收系统12包括散热组件123，散热组件123与储能组件122相连，用于散发储能组件122存储的辐照能量。散热组件123设置于实验段10内，散热组件123将储能组件122中存储的辐照能量以热能形式散发到实验段10内，能够提高实验段10内的温度，以达到融化实验段10内积雪或残冰的目的。
55.能量收集组件121包括太阳能平板集热器，照明组件11发出的光照射到太阳能平板集热器表面涂有吸收层的吸热体上，大部分辐照能量被吸收体吸收转化为热能，并存储于储能组件122当中。
56.能量回收系统12包括换热管道，换热管道包括吸热管道和散热管道，吸热管道用于进行能量收集组件121和储能组件122之间的热量交换，散热管道用于进行储能组件122和散热组件123之间的热量交换，吸热管道和散热管道均为闭环管道，且吸热管道和散热管
道互不联通。吸热管道包括第一吸热段和第一散热段，第一吸热段设置于能量收集组件121内，第一散热段设置于储能组件122内。散热管道包括第二吸热段和第二散热段，第二吸热段设置于储能组件122内，第二散热段设置于散热组件123内。换热管道内设置有阀体和泵体，阀体用于控制换热管道开闭，泵体用于驱动换热管道内流体流动。
57.储能组件122包括蓄热容器和蓄热介质，蓄热介质存储于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段均设置于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段浸没在蓄热介质中，且第二吸热段设置于第一散热段上方。热量传递时，首先由第一散热段传递至蓄热介质中，再由蓄热介质向第二吸热段传递。蓄热介质可以是流体，优选的，例如水、掺杂了有机物的水溶液、导热油等换热液体。
58.实施例二：
59.在本实施例中，环境风洞包括实验段，实验段内设置有照明组件和能量回收系统。能量回收系统包括能量收集组件和储能组件，能量存储组件与能量收集组件相连。
60.能量收集组件包括光伏板，光伏板数量为多个，设置于实验段内的不同位置；储能组件包括蓄电池，散热组件包括电热器，电热器设置于实验段地面处，或设置于实验段上部；光伏板和电热器分别电性连接于蓄电池。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
65.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
66.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。