數位化小麥抗倒伏實驗風洞的製作方法

2023-06-13 03:13:51 1

數位化小麥抗倒伏實驗風洞的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種數位化小麥抗倒伏實驗風洞。該風洞包括風洞洞體、風速控制、風速測定和圖像自動採集四個單元。其結構特徵是風洞洞體整體安裝在由矩形鋼管焊接而成的鋼架上；上壁及側壁由中間填充發泡材料的彩鋼板彎制面成，在洞體兩端及收縮段前後部位有「n」形鋼架，底板下層是木板、上層為鍍鋅鐵板；軸流風機分3層用螺絲安裝在由角鋼焊制的架子上，每層4個；擴散段與收縮段之間洞體寬度為1∶0.54；整流段安裝有由木板製成的隔柵；實驗段高2.0米、寬1.3米、長7.0米，頂部安裝有日光燈、側壁中央位置安裝有鋼化玻璃觀察窗。風洞風速0-16米/秒連續可調，並通過調整風機加速及減速的時間模擬陣風風速，可以滿足小麥風動力學及抗倒伏風速研究需要。
【專利說明】數位化小麥抗倒伏實驗風洞
所屬【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能夠模擬小麥田間近地微尺度自然風速變化，研究小麥植株、群體風動力學特性及抗倒伏風速的低速專用風洞。
【背景技術】
[0002]倒伏是由風、雨及植物莖杆特性等內外因素共同作用所引發的使植株莖杆從自然直立狀態到永久錯位的現象，是目前小麥高產穩產和超高產的最主要限制性因素之一。小麥從楊花至成熟各個時期均可以發生倒伏，倒伏不僅使糧食產量大幅度降低，而且還可因病菌滋生產生毒素等致使糧食品質嚴重下降，同時還給機械收穫帶來諸多困難。據有關統計，每年我國因倒伏造成的糧食損失高達20X IO8公斤以上。因此，深入研究小麥植物內、外在因素對其群體倒伏的影響及作用機制，對於防止或降低小麥嚴重倒伏的發生，保證國家糧食安全具有極其重要的理論和應用意義。
[0003]目前，已經有一些方法或技術被應用於小麥抗倒伏特性測定。這些方法依據其原理或操作形式可以分為三大類型。一是自然或人工誘導倒伏評價法；二是莖杆物理特性評價法，如莖杆承重法、莖杆橫向折斷強度測定法、莖杆強度測定法和傳統田間感官判斷法等；三是力學評價法，利用小麥莖杆基節的彈性模量和抗彎折強度等力學指標評價小麥莖杆的抗倒伏性。但由於研究手段的限制，目前的評價方法多屬於不同實驗材料相對抗倒伏性的比較，而更為重要的是其結果與引起群體倒伏的最主要客觀外界因素一風速條件還沒有聯繫起來。
[0004]風洞是可以人工產生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，並可度量氣流對物體的作用以及觀察物理現象的一種管道狀設備。由於風洞可以根據實驗需要人為控制或模擬自然風速，目前已被廣泛應用於航空、氣象、建築工程、林帶防風及沙漠治理等研究領域。風洞按結構可分為開口式、閉口式兩種；按氣流速度，風洞可分為低速風洞，高亞聲速風洞和跨聲速、超聲速、高超聲速風洞；按其功能可以分為飛機風洞、汽車風洞、建築工程風洞、大氣邊界層風洞、風蝕風洞等。現有大型風洞，一般造價都非常昂貴、動力消耗也非常大，而一般微型或可攜式風洞又太小，截面面積僅0.16或0.20平方米，至今還沒有看到動力消耗小、造價低廉、經久耐用、可以模擬小麥田間近地微尺度風速變化，可用於小麥植株及群體風動力學特性及抗倒伏風速研究的風洞產品或專利。

【發明內容】

[0005]針對目前國內缺乏小麥植株、群體風動力學特性及抗倒伏風速研究風洞的情況，本發明的目的旨在提供一種動力消耗小、造價低廉、經久耐用、可以模擬田間近地微尺度風速，可用於小麥、水稻等禾本科作物風動力學特性及抗倒伏風速研究的數位化實驗風洞。
[0006]本發明屬低速、直流吹氣式風洞。該風洞包括風洞洞體、風速控制、風速測定和圖像自動採集計算機系統四個單元。風洞洞體由動力段、擴散段、收縮段、整流段和實驗段組成。風洞整體安裝在由矩形鋼管焊接而成的鋼架上，洞體上壁及側壁由厚5釐米、中間填充發泡材料的彩鋼板彎制面成；為增加洞體的橫向機械強度，風洞的空氣進出端部位、收縮段前後側壁部位焊接有由矩形鋼管制成的「η」形鋼架，洞體底板下層是木板、上層為鍍鋅鐵板。動力段軸流風機從上向下分3層用螺絲安裝在由角鋼焊制的架子上，每層4個。軸流風機的入風口和出風口處都設有整流罩，風機通過4芯防水電纜連接至與控制臺上；擴散段與收縮段之間洞體寬度為1: 0.54;整流段位於收縮段下遊端，主要安裝有一個由木板製作的整流隔柵；實驗段高2.0米、寬1.3米、長7.0米，頂部安裝有日光燈、側壁的中央位置安裝有鋼化玻璃觀察窗，側壁接近底板的部位設有開口供安裝風速儀使用。實驗段側壁內不同高度部位安裝有供放置水平隔板的角鋁，可以通過調節頂板和底板的水平高度，改變實驗段截面面積的方式分別滿足小麥植株、群體模型，以及小麥植株和小型群體風洞實驗的需求，並可提高風洞的最大風速。
[0007]風洞利用變頻器改變軸流風機三相交流電頻率的方式調節風速，風速0-16米/秒連續可調，並可通過調整風機加速及減速的時間模擬陣風風速，可以滿足小麥風動力學及抗倒伏風速研究需要。
[0008]風洞利用連接至計算機上的熱線式風速儀監測、記錄風洞不同部位的風速及其變化。
[0009]風洞利用帶搖控鍵盤的高清視頻錄像機自動採集風洞實驗過程中小麥植株及群體的圖像變化。
[0010]本發明的特點包括:(I)可以藉助尖劈、擋板等粗糙元模擬田間近地微尺度風速變化，風速隨地面高度呈對數函數變化；(2)可以通過改變實驗段水平隔板位置，滿足小麥群體模型水平或垂直方向風速與小麥冠層特性關係；(3)可以直接將盆栽小麥植株或種植於大型植物栽培箱中的小型群體放入風洞，直接研究小麥植株或群體內在特性與抗風特性的關係；(4)可以測定小麥品種的抗倒伏風速；(5)造價低、能耗小、整機最大能耗不足5KW，經久耐用，可以自動、連續監測記錄風速、圖像變化。
[0011]本發明的有益效果是可以在人工模擬田間近地微尺度風速變化的情況下研究小麥植株、群體模型以及小麥植株和小型群體的風動力學特性。從引發小麥倒伏的最主要內、外在因素入手研究小麥的風動力學特性和抗倒伏機理，提高國內外小麥抗倒伏研究水平，為抗倒伏高產小麥品種選育推廣提供可靠的評價方法和手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0012]圖1:本發明系統組成示意圖；
[0013]圖2:風洞洞體結構俯視圖；
[0014]圖3:風洞洞體結構主視圖；
[0015]圖4:風洞洞體結構左視圖；
[0016]圖5:圖2Α局部結構放大圖；
[0017]圖6:圖4Β局部結構放大圖；
[0018]圖中:1-風洞洞體總體結構，2-風速控制裝置，3-風速測定裝置，4-圖像自動採集裝置，5-動力段，6-擴散段，7-收縮段，8-整流段，9-實驗段，10-側壁，11-底部鋼架，12_「η形鋼架」，13-軸流風機，14-整流隔柵，15-日光燈，16-鋼化玻璃觀察窗，17-角鋁，18-角鋼，19-螺拴，20-鍍鋅鐵板，21-木板。
【具體實施方式】
[0019]本發明可以廣泛應用於小麥植株、群體風動力學特性、抗倒伏風速評價等實驗研究，下面僅就小麥群體水平、垂直方向風速變化特性研究以及小麥植株及群體抗倒伏風速測定二個方面說明其【具體實施方式】。
[0020]小麥群體水平及垂直方向風速變化特性研究:(I)在風洞實驗段9入口端放置尖劈、擋板等粗糙元模擬田間近地微尺度風速隨高度變化特性；(2)利用生長在育苗盤中的生長至一定高度的小麥群體作為研究模型；(3)將風速測定裝置3的熱線風速儀探頭分別放置於小麥群體模型冠層位置和群體上遊方向:(4)旋轉風速控制裝置2中變頻器旋鈕將風速調整至適當大小；(5)按從下至上的順序調整水平隔板的高度，分別測定記錄群體模型冠層部位及上遊水平方向風速變化，統計分析小麥群體冠層對其水平及垂直方向風速變化的影響。
[0021]小麥植株及群體抗倒伏風速測定:(I)在風洞實驗段9入口端放置尖闢、擋板等粗糙元模擬田間近地微尺度風速變化；(2)將盆栽的小麥植株或種植於大型植物栽培箱中的小型小麥群體直接放入風洞實驗段9 ； (3)將風速測定裝置3的熱線風速儀探頭分別放置於小麥植株或群體冠層上方:(4)打開風速測定裝置3及圖像自動採集裝置4，並將視頻錄像機鏡頭水平對準植株或群體側方部位；(5)緩慢轉動風速控制裝置2中的變頻器旋鈕使風洞風速慢慢上升，當小麥植株或群體前部莖杆被吹至與地面成45。時，記錄此時風速，該風速即為小麥植株或群體抗倒伏風速。
[0022]本發明也可以用於小麥植株及群體其它風動力特性的測定，如小麥植株及群體不同特性對抗倒伏風速影響、群體透風係數、倒伏發生過程觀察等，風速調整與控制方法與上述操作方法相似。
[0023]本發明除用於小麥抗倒伏研究之外，也可以用於小麥抗乾熱風以及籽粒脫水速率研究。
[0024]本發明還可以用於水稻、穀物等作物抗倒伏以及其它需要利用風洞進行的風動力學研究。
【權利要求】
1.本發明提供一種供小麥植株、群體風動力學及抗倒伏風速研究使用的數位化小麥抗倒伏實驗風洞，該風洞包括風洞洞體、風速控制、風速測定和圖像自動採集計算機系統四個單元；其結構特徵是風洞整體安裝在由矩形鋼管焊接而成的鋼架上，洞體上壁及側壁由厚5釐米、中間填充發泡材料的彩鋼板彎制面成，在洞體兩端及收縮段前後部位有「η」形鋼架，底板下層是木板、上層為鍍鋅鐵板。
2.根據權利要求1所述的數位化小麥抗倒伏實驗風洞，其特徵是風洞洞體由動力段、擴散段、收縮段、整流段和實驗段組成；動力段軸流風機分3層用螺絲安裝在由角鋼焊制的架子上，每層4個；擴散段與收縮段之間洞體寬度為1: 0.54;整流段安裝有由木板製作的整流隔柵；實驗段高2.0米、寬1.3米、長7.0米，頂部安裝有日光燈、側壁中央位置安裝有鋼化玻璃觀察窗。
3.根據權利要求1所述的數位化小麥抗倒伏實驗風洞，其特徵是風洞洞體側壁不同水平高度部位安裝有供放置水平隔板的角鋁，通過調整上、下水平隔板的位置可以改變實驗段截面面積，分別滿足小麥植株、群體風動力學及抗倒伏風速的測定需要；風洞風速0-16米/秒連續可調，並可通過調整風機加速及減速的時間模擬陣風風速，可以滿足小麥風動力學及抗倒伏風速研究需要。
【文檔編號】G01M9/02GK103630323SQ201310189652
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月22日 優先權日:2013年5月22日
【發明者】牛立元, 茹振鋼, 鄧月娥, 孔德川, 胡志剛, 馮素偉, 丁位華, 李淦 申請人:河南科技學院