內(nèi)設(shè)有蜂窩器(見圖6);實(shí)驗(yàn)段6為無底倒扣“η”形方筒,其中頂部和一側(cè)用Imm厚的鐵皮和3cm*3cm的方形鋼管框架構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件組成，另一側(cè)用5mm厚的鋼化玻璃和3cm*3cm的方形鋼管框架構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件組成，標(biāo)準(zhǔn)件的底部安裝有密封帆布條，用于在野外起伏不平坦地形條件下風(fēng)洞底部的密封；所有標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸相等，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活組裝，既可以將風(fēng)洞的一側(cè)全部安裝成透明的鋼化玻璃標(biāo)準(zhǔn)件，也可以將風(fēng)洞的兩側(cè)面裝成玻璃和鐵皮標(biāo)準(zhǔn)件的混合組裝，也可以將實(shí)驗(yàn)段的頂部根據(jù)需要和位置替換為鋼化玻璃標(biāo)準(zhǔn)件以增加風(fēng)洞內(nèi)的光線強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)段6的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件之間用相同的卡子10固定，并可以根據(jù)野外的地形調(diào)整頂部與側(cè)板的高度，從而滿足在復(fù)雜的有較大起伏的地形條件下的實(shí)驗(yàn)要求。在野外作業(yè)條件下，風(fēng)洞首部與實(shí)驗(yàn)段6的中心均處在相對同一的水平軸線上，且動(dòng)力段2、圓形變矩形過渡段3、收縮段4和整流段5的底部與實(shí)驗(yàn)段6內(nèi)的地面相對平齊。
[0033]四臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的外翻喇叭口無上翹，直接與大氣相接，該設(shè)計(jì)使得吸入氣流方向不發(fā)生改變，沿與風(fēng)洞軸向方向直接進(jìn)入整流段，可以增加入口氣流的穩(wěn)定性。
[0034]風(fēng)洞總重量為5噸，動(dòng)力段2由四臺(tái)軸線平行的軸流變頻風(fēng)機(jī)構(gòu)成，由于風(fēng)機(jī)線速度在邊緣最大，而在中心最小，該設(shè)計(jì)氣流可以在整流段5內(nèi)更快地混合均勻。實(shí)踐中，也可以縮短整流段5的長度，以增加氣流穩(wěn)定性。風(fēng)機(jī)的額定功率為llKw，頻率范圍為5-lOOHz，通過變頻器調(diào)節(jié)其頻率。在其頻率為0-55Hz的范圍內(nèi)，對應(yīng)風(fēng)速為O-1Sms'
[0035]風(fēng)洞的動(dòng)力及控制設(shè)備包括一臺(tái)功率為50Kw的三相交流同步柴油發(fā)電機(jī)和一臺(tái)西崎CB540G變頻器。變頻器的輸出頻率為0-600HZ，通過調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞風(fēng)速在Ο-Ιδπ??Γ1范圍內(nèi)無極調(diào)節(jié)，一般野外風(fēng)速都在ISmiT1的范圍之內(nèi)，因此該風(fēng)洞的設(shè)計(jì)風(fēng)速基本適應(yīng)了野外風(fēng)速的全尺度模擬研究。
[0036]風(fēng)洞的電動(dòng)起落架9由與行走輪軸結(jié)合的支架和電動(dòng)鉸鏈組成，可以將風(fēng)洞首部吊起和放下，風(fēng)洞首部放下時(shí)，用以連接收縮段4和整流段5的法蘭在首部自身重力的作用下能陷入沙中，使得風(fēng)洞首部的底面與水平地面接觸，使得整流段5的出口直接與地面平齊，并且使行走輪8不承受風(fēng)洞首部的壓力。牽引裝置7可以將風(fēng)洞掛在拖車的尾部。風(fēng)洞首部放穩(wěn)后，可用分別安裝在牽引架和車輪后方的3個(gè)支架將風(fēng)洞穩(wěn)固地支在地面上。
[0037]風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)段6由兩種類型的尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)元件組成。兩種標(biāo)準(zhǔn)件均使用由截面積為3cm*3cm的方形鋼管焊接而成的lm*2m尺寸的框架(圖7)，其中一種標(biāo)準(zhǔn)件將Imm厚的鐵皮粘在框架上之后用鉚釘固定，另一種將5_厚的鋼化玻璃固定在框架內(nèi)。由于其相互之間可以錯(cuò)開一定高度安裝，故實(shí)驗(yàn)段可滿足在起伏地形條件下的安裝(圖2)。所有元件具有相同的尺寸，其在實(shí)驗(yàn)段的位置可以根據(jù)需要自由調(diào)換，改變不同部位的遮透光效果，從而滿足不同位置的觀測需要。
[0038]風(fēng)洞首部可以用拖車拖掛移動(dòng)，在運(yùn)移風(fēng)洞時(shí)，實(shí)驗(yàn)段6標(biāo)準(zhǔn)元件放置于類似于集裝箱的框架里，從而實(shí)現(xiàn)方便吊裝、搬運(yùn)的目的。風(fēng)洞發(fā)電機(jī)也裝有行走輪和牽引裝置。風(fēng)洞整體可用一輛中型卡車運(yùn)輸。20m長實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)洞的野外組裝可由四個(gè)人在三小時(shí)內(nèi)完成。
[0039]利用本發(fā)明可在野外各種原始地表進(jìn)行各種與風(fēng)有關(guān)的生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)，例如風(fēng)沙流、風(fēng)雪流的觀測，植物生理指標(biāo)對風(fēng)吹的響應(yīng)，植物種子、花粉和一些動(dòng)物幼蟲的風(fēng)力傳播過程，土壤水分散失等試驗(yàn)研究。
[0040]風(fēng)洞氣動(dòng)特性測試與評價(jià):對本風(fēng)洞的氣動(dòng)特性進(jìn)行的測試與評價(jià)試驗(yàn)表明，風(fēng)機(jī)頻率與風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速呈線性關(guān)系(圖9)。沿風(fēng)洞方向，風(fēng)速在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出風(fēng)口8m-18m的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定(圖10)。風(fēng)速在高度方向上呈對數(shù)分布，符合近地表大氣層中風(fēng)速分布規(guī)律，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出風(fēng)口 1m處不同風(fēng)速下的風(fēng)速廓線如圖11所示。
[0041]1.氣流穩(wěn)定性
[0042]如圖12所示，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出風(fēng)口 1m處截面中心點(diǎn)的氣流穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)段氣流穩(wěn)定性較好，不穩(wěn)定度一般在3%以下，不穩(wěn)定度隨著風(fēng)速的增大而減小,在低風(fēng)速下風(fēng)洞受外界風(fēng)速影響較明顯。
[0043]2.實(shí)驗(yàn)段底板邊界層厚度
[0044]圖13所示為實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出口 10米處底板邊界層厚度隨中心風(fēng)速變化特征，底板邊界層厚度為20cm，表明在本風(fēng)洞中，模型高度應(yīng)低于20cm。
[0045]3.實(shí)驗(yàn)段側(cè)壁邊界層厚度
[0046]如圖14所示，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出口 10米處側(cè)壁平均風(fēng)速廓線，側(cè)壁邊界層厚度沿中心軸線呈對稱分布，側(cè)壁邊界層厚度為19cm，表明在本風(fēng)洞中，模型寬度可達(dá)159cm0
[0047]4.氣流的橫向均勻性
[0048]橫向均勻性用截面中垂線兩側(cè)70%的區(qū)域內(nèi)的氣流的橫向均勻性來度量，本實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)范圍為實(shí)驗(yàn)段橫斷面中垂線兩側(cè)155cm(-77.5-77.5)，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出口 10米處截面氣流不均勻度如圖15所示，不均勻度小于4%，此風(fēng)洞的橫向均勻性較理想。
[0049]5.紊流度
[0050]紊流度表示氣流脈動(dòng)的強(qiáng)度，本實(shí)驗(yàn)用軸向方向的紊流度來評價(jià)氣流的脈動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)距離整流段出口 10米處截面氣流紊流度在不同風(fēng)速下的變化。如圖16所示，在中高速風(fēng)速下，氣流的紊流度小于4%，氣流紊流度隨風(fēng)速的增大而減小。在低風(fēng)速下，氣流紊流度顯著增大，表明低風(fēng)速下實(shí)驗(yàn)段內(nèi)氣流受環(huán)境風(fēng)速影響較大。
[0051]由此可知，該風(fēng)洞的氣流不穩(wěn)定度低于3%，穩(wěn)定性良好；氣流橫向不均勻度在4%以下；紊流度在4%以下，說明風(fēng)洞整流段的設(shè)計(jì)是合理的，沒有引起氣流分離現(xiàn)象；底板邊界層厚度為20cm，能滿足實(shí)驗(yàn)要求；側(cè)壁邊界層厚度為19cm，側(cè)壁邊界層對流場的負(fù)面影響較小。由此可見，該風(fēng)洞設(shè)計(jì)合理，擁有較好的流場品質(zhì)，能夠勝任生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)的需要。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可適應(yīng)野外起伏地形的便攜式環(huán)境風(fēng)洞，風(fēng)洞為直流吹氣式，依次由入口段(I)、動(dòng)力段(2)、圓形變矩形過渡段(3)、收縮段(4)、整流段(5)、實(shí)驗(yàn)段(6)組成，其特征在于:動(dòng)力段(2)、圓形變矩形過渡段(3)、收縮段(4)和整流段(5)組裝在一起形成風(fēng)洞首部，并加裝了電動(dòng)吊裝系統(tǒng)(9)、行走輪(8)和牽引裝置(7)，便于首部的野外轉(zhuǎn)移；實(shí)驗(yàn)段(6)由2種lm*2m的規(guī)格相同的標(biāo)準(zhǔn)件組成，標(biāo)準(zhǔn)件之間用一種拆裝便利的新型卡子(10)連接，連接處粘貼有密封條；入口段(I)為矩形結(jié)構(gòu)，外端呈外翻喇叭口，且入口處安裝有格柵以阻擋雜物的吸入；動(dòng)力段(2)由3_厚鋼板制成，其內(nèi)放置了四臺(tái)軸線平行的軸流變頻風(fēng)機(jī)，并分前后兩兩錯(cuò)開，電機(jī)依次外接變頻器和柴油發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)的出口處設(shè)置了環(huán)形平直的導(dǎo)流片；風(fēng)機(jī)出口和收縮段(4)之間設(shè)有由5mm厚鋼板構(gòu)成的圓形變矩形的過渡段(3)，在收縮段(4)的末端設(shè)有整流段(5)，整流段(5)內(nèi)設(shè)有蜂窩器；實(shí)驗(yàn)段(6)為無底倒扣“η”形方筒，其中頂部和一側(cè)用Imm厚的鐵皮和3cm*3cm的方形鋼管框架構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件組成，另一側(cè)用5mm厚的鋼化玻璃和3cm*3cm的方形鋼管框架構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)件組成,標(biāo)準(zhǔn)件的底部安裝有密封帆布條，用于在野外起伏不平坦地形條件下的密封；在野外作業(yè)條件下，風(fēng)洞首部與實(shí)驗(yàn)段(6)的中心均處在相對同一的水平軸線上，且動(dòng)力段(2)、圓形變矩形過渡段(3)、收縮段(4)、整流段(5)的底部與實(shí)驗(yàn)段￠)內(nèi)的地面相對平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可適應(yīng)野外起伏地形的便攜式環(huán)境風(fēng)洞，其特征在于，上述變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)調(diào)速范圍為O-1Sms'
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可適應(yīng)野外起伏地形的便攜式環(huán)境風(fēng)洞，其特征在于，所述卡子(10)由具有一定強(qiáng)度和彈性的鋼筋外卡和內(nèi)卡組成，內(nèi)卡先折成一端開口的矩形、后再折成“U”形結(jié)構(gòu)；外卡先折成封閉矩形、后再折成“Z”形結(jié)構(gòu)；且設(shè)置在內(nèi)卡兩個(gè)開口端的軸孔與設(shè)置在外卡一折彎處的對稱軸孔通過固定軸連接在一起。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可適應(yīng)野外起伏地形的便攜式環(huán)境風(fēng)洞，其動(dòng)力段、圓形變矩形過渡段、收縮段和整流段組裝在一起形成風(fēng)洞首部，并加裝了電動(dòng)吊裝系統(tǒng)、行走輪和牽引裝置，便于首部野外轉(zhuǎn)移；實(shí)驗(yàn)段由規(guī)格相同的標(biāo)準(zhǔn)件組成，標(biāo)準(zhǔn)件之間用彈性卡子連接；入口段為矩形結(jié)構(gòu)，外端呈外翻喇叭口；動(dòng)力段內(nèi)放置了四臺(tái)軸線平行的軸流變頻風(fēng)機(jī)，并分前后兩兩錯(cuò)開；風(fēng)機(jī)出口和收縮段之間設(shè)有圓形變矩形的過渡段，在收縮段的末端設(shè)有整流段。從而解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的實(shí)驗(yàn)段不能真正適應(yīng)野外起伏地形、實(shí)驗(yàn)段截面積小等缺陷。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，風(fēng)洞首部與實(shí)驗(yàn)段的中心均處在相對同一的水平軸線上，能夠勝任野外起伏地形的生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)的需要。
【IPC分類】G01M9-02
【公開號】CN104748938
【申請?zhí)枴緾N201310755608
【發(fā)明人】劉明虎, 劉志民, 朱金雷, 辛智鳴
【申請人】劉明虎, 劉志民, 朱金雷
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月25日