一種能模擬降雪過程的低能耗高效風(fēng)洞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能模擬降雪過程的低能耗高效風(fēng)洞，可用于建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域大跨度空間結(jié)構(gòu)受考慮降雪過程的風(fēng)雪兩相流耦合作用的模擬和大跨度空間結(jié)構(gòu)屋蓋及其四周風(fēng)致積雪漂移的模擬。
【背景技術(shù)】
[0002]以全球變暖為主要特征的氣候變化導(dǎo)致50年甚至100年一遇的強(qiáng)風(fēng)、暴雪等極端災(zāi)害天氣頻繁出現(xiàn)，造成風(fēng)雪耦合作用荷載極值強(qiáng)度加大。另一方面，大跨度空間結(jié)構(gòu)向輕量化、長大化、體型復(fù)雜化、屋面材料透明化等方向發(fā)展，導(dǎo)致其對(duì)于風(fēng)雪荷載作用更加敏感。近年來，風(fēng)雪荷載耦合作用和由此引起的屋蓋積雪荷載不均勻分布導(dǎo)致大跨度空間結(jié)構(gòu)坍塌事故時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失以及惡劣的社會(huì)影響。從上世紀(jì)90年代開始，美國、日本等發(fā)達(dá)國家率先開展了之相關(guān)的風(fēng)雪耦合作用、風(fēng)致積雪漂移的研宄。目前，我國一些高校和科研機(jī)構(gòu)也逐步開展了此方面的研宄。其中，風(fēng)洞試驗(yàn)是進(jìn)行這一領(lǐng)域研宄的重要方法之一。風(fēng)洞試驗(yàn)通過模型與原型之間的相似關(guān)系，使風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)在條件可控的實(shí)驗(yàn)室中得到重現(xiàn)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室中可設(shè)定不同的參數(shù)，有利于揭示物理量之間內(nèi)在的變化規(guī)律。我國目前所進(jìn)行的風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)研宄主要采用采用兩種方法，一種方法是用模擬介質(zhì)來代替雪粒在常規(guī)風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)。但由于雪粒直徑較小，重量較輕，很難找到滿足各種相似準(zhǔn)則的合適介質(zhì)，因此需要對(duì)相似準(zhǔn)則進(jìn)行選擇性的取舍，導(dǎo)致試驗(yàn)條件與實(shí)際風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)條件相似度低，而且這種試驗(yàn)方法通常難以模擬風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)受降雪過程的影響，使得風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果和實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相去甚遠(yuǎn)。另一種方法是采用能生成冰晶顆粒流動(dòng)氣體的大型冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。大型冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室采用大型制冷設(shè)備生成低溫氣體，從而使氣動(dòng)噴嘴噴出的水顆粒轉(zhuǎn)化為冰顆粒。但是此類冰風(fēng)洞造價(jià)昂貴，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用也十分高昂，所配備的大型制冷和霧化設(shè)備功率極大，導(dǎo)致冰風(fēng)洞試驗(yàn)成為費(fèi)用、能源均消耗很大的試驗(yàn)項(xiàng)目，一般多用于生產(chǎn)性試驗(yàn)，通常的科研試驗(yàn)難以承擔(dān)。而且大型冰風(fēng)洞試驗(yàn)周期較長，為了達(dá)到所需的風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)環(huán)境通常需要數(shù)天時(shí)間，這進(jìn)一步加大了進(jìn)行科研試驗(yàn)的時(shí)間成本。
[0003]綜上，研發(fā)一種能較準(zhǔn)確模擬考慮實(shí)際降雪過程的風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)環(huán)境，同時(shí)能夠降低能源消耗、提高試驗(yàn)效率的風(fēng)洞極有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能模擬降雪過程的低能耗高效風(fēng)洞，該風(fēng)洞能較準(zhǔn)確地進(jìn)行大跨度空間結(jié)構(gòu)受考慮實(shí)際降雪過程的風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)作用的模擬，同時(shí)相比于現(xiàn)有大型冰風(fēng)洞，具有試驗(yàn)?zāi)芎牡汀⑿矢?、?gòu)造簡單、造價(jià)低、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種能模擬降雪過程的低能耗高效風(fēng)洞，該風(fēng)洞采用開口直流式，包括依次連接的進(jìn)氣口、動(dòng)力段、擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、制冷段、水霧生成段和試驗(yàn)段；在所述動(dòng)力段內(nèi)安裝有風(fēng)機(jī)；在所述制冷段內(nèi)設(shè)有液氮噴頭，所述液氮噴頭通過液氮管路與液氮源連接構(gòu)成液氮制冷系統(tǒng)；在所述水霧生成段內(nèi)的上部設(shè)有霧化氣動(dòng)噴嘴，所述霧化氣動(dòng)噴嘴設(shè)有進(jìn)氣口和進(jìn)水口，所述進(jìn)氣口通過壓力氣體管路與壓力氣源連接，所述進(jìn)水口通過壓力水管路與壓力水源連接；在所述霧化氣動(dòng)噴嘴的下方設(shè)有分流板，所述分流板位于所述水霧生成段內(nèi)的中上部，所述分流板的中部兩側(cè)均設(shè)有與所述水霧生成段的側(cè)壁鉸接的銷軸，所述分流板的前后部兩側(cè)均設(shè)有與所述水霧生成段的側(cè)壁插接的定位銷。
[0006]在所述壓力水管路上設(shè)置有保溫加熱設(shè)備。
[0007]在所述水霧生成段的出口處設(shè)有溫度和流量測(cè)量裝置。
[0008]在所述壓力水源的出口處安裝有壓力水源閥門。
[0009]在所述壓力氣源的出口處安裝有壓力氣源閥門。
[0010]在所述液氮源的出口處安裝有液氮源閥門。
[0011 ] 所述液氮源由杜瓦瓶及儲(chǔ)存在其中的液氮組成。
[0012]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:在試驗(yàn)段之前階段，通過設(shè)置液氮制冷段，利用液氮進(jìn)行制冷，產(chǎn)生生成雪顆粒所需的低溫氣體，將水霧生成段生成的水霧轉(zhuǎn)化為冰晶，形成風(fēng)雪流，經(jīng)過分流板導(dǎo)流，從試驗(yàn)段上部灑落從而形成降雪環(huán)境，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)考慮降雪過程的風(fēng)雪運(yùn)動(dòng)環(huán)境的模擬，能夠很大程度地減少制冷所需的能源消耗，達(dá)到環(huán)保節(jié)能、提高效率的效果。并且本實(shí)用新型通過采用開口直流式結(jié)構(gòu)，能夠有效避免雪顆?；亓骺赡茉斐傻膭?dòng)力段內(nèi)風(fēng)機(jī)設(shè)備、各種測(cè)量設(shè)備以及管線的損傷。同時(shí)，由于雪顆粒是在進(jìn)入試驗(yàn)段之前生成的，對(duì)于風(fēng)洞大部分階段沒有影響，試驗(yàn)中只需注重對(duì)于水霧生成段和試驗(yàn)段的養(yǎng)護(hù)即可。本實(shí)用新型可以在常規(guī)開口直流風(fēng)洞基礎(chǔ)上加裝制冷段、水霧生成段和相應(yīng)配套設(shè)施改造而成。相比于大型冰風(fēng)洞，本實(shí)用新型具有試驗(yàn)?zāi)芎牡?、效率高、?gòu)造簡單、造價(jià)低、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型的制冷段立體剖視圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型的制冷段平面剖視圖；
[0016]圖4為本實(shí)用新型的水霧生成段立體剖視圖；
[0017]圖5為本實(shí)用新型的水霧生成段平面剖視圖；
[0018]圖6為本實(shí)用新型的霧化氣動(dòng)噴嘴及其連接管道詳圖。
[0019]圖中:1、進(jìn)氣口 ；2、動(dòng)力段；3、擴(kuò)散段；4、穩(wěn)定段；5、制冷段；6、水霧生成段；7、試驗(yàn)段；8、液氮制冷系統(tǒng)；9、液氮源；10、液氮管路；11、液氮源閥門；12、液氮噴頭；13、水霧供給系統(tǒng)；14、壓力水源；15、壓力氣源；16、壓力水源閥門；17、壓力水管路；18、保溫加熱設(shè)備；19、壓力氣源閥門；20、壓力氣體管路；21、霧化氣動(dòng)噴嘴；22、分流板；23、溫度和流量測(cè)量裝置；24、試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>【具體實(shí)施方式】
[0020]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0021]請(qǐng)參閱圖1?圖6，一種能模擬降雪過程的低能耗高效風(fēng)洞，該風(fēng)洞采用開口直流式，包括依次連接的進(jìn)氣口 1、動(dòng)力段2、擴(kuò)散段3、穩(wěn)定段4、制冷段5、水霧生成段6和試驗(yàn)段7 ;在所述動(dòng)力段2內(nèi)安裝有風(fēng)機(jī)；在所述制冷段5內(nèi)設(shè)有液氮噴頭12，所述液氮噴頭12通過液氮管路10與液氮源9連接構(gòu)成液氮制冷系統(tǒng)8 ;在所述水霧生成段6內(nèi)的上部設(shè)有霧化氣動(dòng)噴嘴21，所述霧化氣動(dòng)噴嘴21設(shè)有進(jìn)氣口和進(jìn)水口，所述進(jìn)氣口通過壓力氣體管路20與壓力氣源15連接，所述進(jìn)水口通過壓力水管路17與壓力水源14連接；在所述霧化氣動(dòng)噴嘴21的下方設(shè)有分流板22，所述分流板22位于所述水霧生成段6內(nèi)的中上部，所述分流板22的中部兩側(cè)均設(shè)有與所述水霧生成段6的側(cè)壁鉸接的銷軸，所述分流板22的前后部兩側(cè)均設(shè)有與所述水霧生成段6的側(cè)壁插接的定位銷。
[0022]在本實(shí)施例中，在所述壓力水管路17上設(shè)置有保溫加熱設(shè)備18。在所述水霧生成段6的出口處設(shè)有溫度和流量測(cè)量裝置23。在所述壓力水源14的出口處安裝有壓力水源閥門16。在所述壓力氣源1