专利名称：一种多功能可移动式风蚀风洞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风蚀风洞结构设计，特别是一种多功能可移动式风蚀风洞。
背景技术：
环境风洞一直是风沙物理学家和土壤风蚀研究者进行风蚀研究的首选工具。在欧美等地区，可移动式野外风蚀风洞对开展土壤水分、土壤结构、有机质、耕作制度、地表粗糙度和表土密度等风蚀影响因子的系统研究，发挥了极其重要的作用。美国农业部开发的土壤风蚀预报模型(WEPS)是目前最完整、手段最先进的模型，便是基于风洞的研究所取得的标志性成果。但WEPS的参数体系是依据美国的气象、地表等条件制定的，即使引进了 WEPS，模型参数的本土化亦是亟待解决的关键问题。当前我国关于土壤风蚀尘污染控制的研究处于起步阶段，土壤风蚀起尘、迁移、传输等定量研究缺乏基础数据，土壤风蚀尘对城市空气颗粒物的影响和污染控制技术及相关研究方法等存在局限性，更缺乏适合我国国情的风蚀预测系统，设计可移动式风蚀风洞的目的，就是围绕土壤风蚀起尘对城市空气颗粒物污染的影响、风蚀预测系统及其模型参数体系建立等研究，开展相关试验，为建立城市土壤风蚀型开放源综合调控技术体系，为我国城市环境空气质量的改善提供理论依据和技术支撑。
实用新型内容本实用新型的目的是针对上述存在问题，提供一种多功能可移动式风蚀风洞，该风蚀风洞结构简单。本实用新型的技术方案一种多功能可移动式风蚀风洞，包括风洞洞体及数据采集及控制系统，风洞洞体由进气段、动力段、过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段组成，其中进气段、动力段和过渡段为倾斜设置部分，稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段为水平设置部分，通过转角段实现前后连接，进气段与动力段通过法兰连接并设有密封橡胶垫，动力段与过渡段采用柔性连接，过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段之间的连接处均为矩形截面并采用卷边结构，连接处通过螺栓连接并设有密封橡胶垫，稳定段上壁板末段和实验段上壁板前端轴线处各设置一个皮托管；所述进气段设有双扭线形喇叭型进气唇口的圆型筒体，筒体内固定有安全网、前整流罩和预扭导流片，安全网为圆形普通2目不锈钢铁丝网，置于前整流罩前端并通过进气段壁面的挂钩固定，前整流罩为半椭球体形，预扭导流片为等宽圆弧翼型；所述动力段为圆形筒体，筒体外设有两道用于加固的环筋和支架，筒体内固定有风扇、电动机、后整流罩和电机支座，风扇与电动机连接，后整流罩为一段光滑函数曲线的旋成体，尾部尖端处为半球面；所述过渡段为天圆地方型喇叭体，一端为圆形截面并与动力段连接，另一端为矩形截面，过渡段上、下面为梯形平面，两侧为曲面；所述转角段为矩形弯管，弯管一端开口截面垂直于地面并与稳定段连接，另一端开口截面为倾斜面并与过渡段连接，弯管内固定有转角导流片和横隔板；所述稳定段为矩形筒体，筒体内固定有蜂窝器和阻尼网；所述收缩段6为轴向对称的不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，收缩段6的上、下面为矩形平面，两侧为曲面；所述实验段由与地面平行的七个轴对称梯形连接筒体构成，包括四个模拟区段筒体、两个实验区段筒体和I个测试区段筒体，实验段筒体截面为正方形，整个实验段两侧边的扩散角为0.2-0. 8°，两个实验区段筒体的底板为可拆卸式结构并通过螺栓连接，七个筒体的侧面分别设有玻璃观察窗，顶部开有3-7个检修口 ；所述尾部扩散段为与地面平行的轴对称梯形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，尾部扩散段的上、下面为轴对称梯形平面，两侧为矩形平面；所述数据采集及控制系统包括微压差变送器、数据采集卡、单极性可调精密直流稳压电源、工控机、不间断电源(UPS)和变频器。稳定段和实验段的皮托管通过空心软管连接至微压差变送器输入端，微压差变送器输出端通过信号线与数据采集卡、工控机串联连接，变频器通过导线与动力段内的电动机连接。所述风洞洞体倾斜设置部分轴线与水平设置部分轴线的夹角为20°。 所述动力段与过渡段的柔性连接采用硅胶涂覆玻璃纤维布绑缚于动力段和过渡段接口处外缘并用两道喉箍箍紧。所述过渡段矩形截面面积与圆形截面面积之比为2. 54 1，两侧曲面的全扩散角为 20-40。。所述转角导流片为大弦长RAF-E翼型导流片，横隔板沿气流方向倾斜设置，横隔板20与中心轴线的夹角为5-10°。所述蜂窝器21为正六边形格子结构，长径比为8 1，阻尼网22的网眼密度为24目或18目。所述收缩段前矩形截面面积与后矩形截面面积之比为2 1，两侧曲面的全扩散角为 20-40°。所述尾部扩散段前矩形截面面积与后矩形截面面积之比为I : 2. 24，两侧面的全扩散角为10-40°。本实用新型的优点及产生的有益效果是I.进气段进气唇口设计为双扭线形，保证了气体良好的流动状态和较小的进气损失;2.过渡段以柔性连接与动力段相连，以达到较佳的隔振效果，并有利于风洞的拆卸和安装；3.动力段和过渡段采用向上20°的仰角设计，并在转角处设置转角导流片，避免气流经过转角时发生分离，出现漩涡或发生脉动，有效改善了气流流动，保证了流场的均匀性；4.稳定段采用蜂窝器和阻尼网的内置组合技术，起到了导直气流和降低湍流度的作用，减小了流速波动，保证了实验段入口气流速度的均匀稳定；5.侧壁扩散式结构，随着附面层厚度增加，截面相应扩大，从而使位流截面维持不变，消除流向压力梯度；6.尾部扩散段，降低了经过实验段的气流流速，把气流的动能变为压力能，降低了风洞需用功率，避免了涡流对测试区流场的影响；7.该风蚀风洞适用于室内、外风蚀研究的采样要求，可方便地置于室内或野外进行风蚀现象、风蚀规律等风蚀研究的试验工具，特别适用在野外原状地表上开展风蚀研究的风洞。
图I为该多功能可移动式风蚀风洞俯视结构示意图。图2为该多功能可移动式风蚀风洞主视结构示意图。图3为该风洞进气段剖视结构放大示意图。图4为该风洞动力段剖视结构放大示意图。图5为该风洞转角段侧视结构放大示意图。图6为该风洞稳定段侧视结构放大示意图。图中1.进气段 2.动力段 3.过渡段 4.转角段 5.稳定段 6.收缩段
7.实验段8.尾部扩散段9.进气唇口 10.安全网11.前整流罩12.预扭导流片
13.环筋14.支架15.风扇16.电动机17.后整流罩18.电机支座19.转角导流片20.横隔板21.蜂窝器22.阻尼网23.玻璃观察窗24.检修口 25_I、25_II.皮托管26.变频器27.微压差变送器28.数据采集卡29.单极性可调精密直流稳压电源30.工控机31.不间断电源32.外接电源
具体实施方式
实施例一种多功能可移动式风蚀风洞，如图I、图2所示，包括风洞洞体及数据采集及控制系统。风洞洞体由进气段I、动力段2、过渡段3、转角段4、稳定段5、收缩段6、实验段7和尾部扩散段8组成，其中进气段I、动力段2和过渡段3为倾斜设置部分，稳定段5、收缩段6、实验段7和尾部扩散段8为水平设置部分，通过转角段4实现前后连接，风洞洞体倾斜设置部分轴线与水平设置部分轴线的夹角为20°，进气段I与动力段2通过法兰连接并设有密封橡胶垫，动力段2与过渡段3采用柔性连接，即采用硅胶涂覆玻璃纤维布绑缚于动力段2和过渡段3接口处外缘并用两道喉箍箍紧，过渡段3、转角段4、稳定段5、收缩段6、实验段7和尾部扩散段8之间的连接处均为矩形截面并采用卷边结构，连接处通过螺栓连接并设有密封橡胶垫，稳定段上壁板末段和实验段上壁板前端轴线处各设置一个皮托管25-1、25-11。所述进气段I设有双扭线形喇叭型进气唇口 9的圆型筒体，如图3所示，总长813mm,由长363mm、直径1536mm的进气喇叭11和(p900 mmx450 mm的进气段筒体12组成，筒体内固定有安全网10、前整流罩11和预扭导流片12，安全网10为圆形普通2目不锈钢铁丝网，置于前整流罩前端，由焊接在进气段I壁面的挂钩固定，前整流罩11外形为半椭球体形，预扭导流片12为等宽圆弧翼型。所述动力段2为(p900 mmxl250 mm圆形筒体，如图4所示，筒体外设有两道用于加固的环筋13和支架14，筒体内固定有风扇15、电动机16、后整流罩17和电机支座18，风扇15与电动机16连接，风扇15是依据电机转速和轮毂比自行设计的6桨叶风扇，电动机16为三相异步交流电动机，由电机支座18支撑，功率22KW，转速1470r/min，后整流罩17外形结构为一段光滑函数曲线的旋成体，尾部尖端处为半球面。[0033]所述过渡段3为长1540mm的天圆地方型喇叭体，一端为(p900 mm的圆形截面并与动力段连接，另一端为900mmX 1800mm矩形截面，过渡段3上、下面为梯形平面，两侧为曲面，全扩散角为30°。所述转角段4为高900mm、宽1800mm的矩形弯管，如图5所示，安装时弯管一端开口截面垂直于地面，与稳定段5连接，另一端向上倾斜，开口截面与地面呈70°角，并与过渡段3连接，实现过渡段、动力段向上20°仰角的设计，弯管内固定有转角导流片19和横隔板20，转角导流片19为大弦长RAF-E翼型导流片，弦长分别为828mm、750mm、672mm，横隔板沿气流方向倾斜设置，横隔板20与中心轴线的夹角为10°。所述稳定段5为高900mm、宽1800mm、长IOOOmm的矩形筒体，如图1、2所示，筒体
内固定有蜂窝器21和阻尼网22，以导直气流、降低湍流度，减小流速波动，保证实验段入口气流速度的均匀稳定，蜂窝器21为正六边形格子结构，长径比为8 1，阻尼网22为不锈钢 丝网，网眼密度为24目。所述收缩段6为轴向对称的不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，进气端截面为900mmX 1800mm，出气端为900mmX 900mm，长度为1200mm，收缩段6的上、下面为矩形平面，两侧为曲面，全扩散角为36°，防止发生流体与壁面相分离。所述实验段7由与地面平行的七个轴对称梯形连接筒体构成，如图1、2所示，包括四个模拟区段筒体、两个实验区段筒体和I个测试区段筒体，实验段7筒体截面为900mmX 900mm的正方形,每个筒体长均为1100mm,全长7700mm,整个实验段7两侧边的扩散角为0. 3°，两个实验区段筒体和I个测试区段筒体的底板为可拆卸式结构并通过螺栓连接，七个筒体的侧面分别设有7个玻璃观察窗23，顶部开有5个检修口 24，方便风洞的维护和修理。所述尾部扩散段8为与地面平行的轴对称梯形筒体，长1500_，进气端和出气端均为矩形截面，进气端截面为977mmX 900mm，出气端为1425mmX 900mm，尾部扩散段8的上、下面为梯形平面，两侧边全扩散角为18°，以减少气流排气损失。所述数据采集及控制系统，如图I所示，包括微压差变送器27、数据采集卡28、单极性可调精密直流稳压电源29、工控机30、不间断电源31和变频器26。稳定段皮托管25-1和实验段的皮托管25-11通过空心软管连接至微压差变送器27输入端，微压差变送器27输出端通过信号线与数据采集卡28、工控机29串联连接，变频器26通过导线与工控机30和动力段2内的电动机16连接，可实现手动和自动控制。动力段2内的电动机16通过变频器26控制转速而改变风扇风速，由皮托管25-1、25-11转变为压力信号并通过空心软管与微压差变送器27相连，微压差变送器27将压力信号转变为电信号后通过信号导线传输至数据采集卡28，再通过信号导线工控机30相连。外接电源32通过不间断电源31与单极性可调精密直流稳压电源29相连，并为数据采集卡28、工控机30提供稳定电源。该实施例中，变频器的型号为E1000、生产厂家为(EURA)欧瑞转动电气有限公司；微压差变送器的型号为CYB21、生产厂家为陕西旭能电子科技有限公司；数据采集卡的型号为PCL-818LS、生产厂家为台湾研华科技(中国)有限公司；工控机的型号为ADVANTECH A2. O、生产厂家为台湾研华科技(中国)有限公司；单极性可调精密直流稳压电源型号为DC0-30，生产厂家为江苏省淮安亚光直流稳压电源。通过对该风蚀风洞进行风速廓线的模拟检测，结果显示在风速为6m/s、10m/s、20m/s情况下，实验段流速分布均匀，轴向静压梯度< 0. 005/m的条件，表明该风蚀风洞完
全满足了风洞设计的要求。
权利要求1.一种多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于包括风洞洞体及数据采集及控制系统，风洞洞体由进气段、动カ段、过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段组成，其中进气段、动カ段和过渡段为倾斜设置部分，稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段为水平设置部分，通过转角段实现前后连接，进气段与动カ段通过法兰连接并设有密封橡胶垫，动カ段与过渡段采用柔性连接，过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段之间的连接处均为矩形截面并采用卷边结构，连接处通过螺栓连接并设有密封橡胶垫，稳定段上壁板末段和实验段上壁板前端轴线处各设置ー个皮托管；所述进气段设有双扭线形喇ロ八型进气唇ロ的圆型筒体，筒体内固定有安全网、前整流罩和预扭导流片，安全网为圆形普通2目不锈钢铁丝网，置于前整流罩前端并通过进气段壁面的挂钩固定，前整流罩为半椭球体形，预扭导流片为等宽圆弧翼型；所述动カ段为圆形筒体，筒体外设有两道用于加固的环筋和支架，筒体内固定有风扇、电动机、后整流罩和电机支座，风扇与电动机连接，后整流罩为一段光滑函数曲线的旋成体，尾部尖端处为半球面；所述过渡段为天圆地方型喇叭体，一端为圆形截面并与动カ段连接，另一端为矩形截面，过渡段上、下面为梯形平面，两侧为曲面；所述转角段为矩形弯管，弯管一端开ロ截面垂直于地面并与稳定段连接，另一端开ロ截面为倾斜面并与过渡段连接，弯管内固定有转角导流片和横隔板；所述稳定段为矩形筒体，筒体内固定有蜂窝器和阻尼网；所述收缩段(6)为轴向対称的不规则矩形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，收缩段出)的上、下面为矩形平面，两侧为曲面；所述实验段由与地面平行的七个轴对称梯形连接筒体构成，包括4个模拟区段筒体、2个实验区段筒体和I个测试区段筒体，实验段筒体截面为正方形，整个实验段两侧边的扩散角为0. 2-0. 8°，两个实验区段筒体的底板为可拆卸式结构并通过螺栓连接，七个筒体的侧面分别设有玻璃观察窗，顶部开有3-7个检修ロ ；所述尾部扩散段为与地面平行的轴对称梯形筒体，进气端和出气端均为矩形截面，尾部扩散段的上、下面为轴对称梯形平面，两侧为矩形平面；所述数据采集及控制系统包括微压差变送器、数据采集卡、单极性可调精密直流稳压电源、エ控机、不间断电源和变频器，稳定段和实验段的皮托管通过空心软管连接至微压差变送器输入端，微压差变送器输出端通过信号线与数据采集卡、エ控机串联连接，变频器通过导线与动カ段内的电动机连接。
2.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述风洞洞体倾斜设置部分轴线与水平设置部分轴线的夹角为20°。
3.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述动カ段与过渡段的柔性连接采用硅胶涂覆玻璃纤维布绑缚于动カ段和过渡段接ロ处外缘并用两道喉箍箍紫。
4.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述过渡段矩形截面面积与圆形截面面积之比为2. 54 1，两侧曲面的全扩散角为20-40°。
5.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述转角导流片为大弦长RAF-E翼型导流片，横隔板沿气流方向倾斜设置，横隔板20与中心轴线的夹角为5-10。。
6.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述蜂窝器21为正六边形格子结构，长径比为8 1，阻尼网22的网眼密度为24目或18目。
7.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述收缩段前矩形截面面积与后矩形截面面积之比为2 1，两侧曲面的全扩散角为20-40°。
8.根据权利要求I所述多功能可移动式风蚀风洞，其特征在于所述尾部扩散段前矩形截面面积与后矩形截面面积之比为I : 2. 24，两侧面的全扩散角为10-40°。
专利摘要一种多功能可移动式风蚀风洞，包括风洞洞体及数据采集及控制系统，风洞洞体由进气段、动力段、过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段组成，稳定段上壁板末段和实验段上壁板前端轴线处各设置一个皮托管，动力段内设有风扇、电动机、后整流罩和电机支座，实验段由七个筒体构成，数据采集及控制系统包括微压差变送器、数据采集卡、单极性可调精密直流稳压电源、工控机、不间断电源和变频器，稳定段和实验段的皮托管通过空心软管连接至微压差变送器输入端，微压差变送器输出端通过信号线与数据采集卡、工控机串联连接。变频器通过导线与动力段内的电动机连接。本实用新型可以模拟自然风，提供稳定可靠的连续可控风速，静压分布均匀，已满足了风洞设计的要求，可用于室内外进行土壤风蚀实验研究。
文档编号G01M9/02GK202533242SQ201220056859
公开日2012年11月14日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者吴丽萍, 姬亚芹, 王嘉珺 申请人:南开大学