一種低速風洞的製作方法
2023-05-01 23:08:16 3
專利名稱：一種低速風洞的製作方法
技術領域：
本實用新型涉一種適用農田、林木實驗用的林帶防風效應的裝置，具 體地說是一種低速風洞。
背景技術：
林帶的動力效應是林帶的主要效應之一，人們把重點放在林帶的防風 效應上，並取得了較一致的看法。隨著生產實踐發展的需要和理論研究的 不斷深入，研究的深度和廣度也不斷增加，為深入研究林帶對其附近氣流 結構特徵的影響(包括平均運動和湍流)，本實用新型利用風洞模擬實驗 方法，以獲取必要的科學研究數據。
風洞，實際上是一種能在其中按需要造成一定速度的人造氣流並能在 其中進行各種空氣動力學的模擬試驗的裝置，它廣泛應用於航空、氣象、 工程及林帶防風效應等領域。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。按工作方式，風洞可分為持續
工作式風洞、暫衝式風洞;按結構可分為開口式、閉口式兩種。風洞通常由 收縮段、實驗段、擴散段和測量控制等部分組成。氣象上應用的一般屬低 速風洞，主要有儀器檢定風洞、雲霧實驗風洞、大氣環境模擬風洞等。儀 器檢定風洞用來校準、檢驗測風儀器並對這些儀器的動力學性能作研究。 雲霧實驗風洞用來模擬大氣層雲霧滴變化的微觀過程，這時風洞中還需有
溫度、溼度、壓力的控制系統
風洞實驗是用高科S手段在室內模擬各種自然風現象的實驗場所。 風洞的大風扇將模擬出各種風力，通過蜂窩狀的導流管，均勻地或者模擬 自然風吹到被實驗的模型上，從而為大橋、樓房、汽車、草地、林木的受 風情況提供各種準確數據，為建築設計及科學研究提供可靠的科學依據。
在林帶、草地防風效應的研究中，應用的是低速風洞，釆用木質或金 屬材料製成，對其內部直觀效果差，且形式單一，。
實用新型內容
針對現有技術中存在的直觀效果差等缺陷，本實用新型要解決的技術 問題是提供一種直觀效果好且能夠根據需要改變進氣方向的低速風洞。 為解決上述技術問題，本實用新型釆用的技術方案是 本實用新型一種低速風洞，整體為橫向設置的長簡狀，具有可改裝的 閉口式或開口式結構，從進風口到出風口依次包括收縮段、實驗段、擴散
段及風扇段，實驗段的風向上遊設有整流網，收縮段與實驗段之間設有蜂
皆奧 咼奮。所述閉口式結構和開口式結構可改裝互換，即整流網從閉口式結構的 實驗段的風向上遊拆下，安裝於閉口式結構的實驗段的風向下遊，成為開 口式結構的實驗段的上遊；蜂窩器從閉口式結構的收縮段與實驗段之間拆
下，安裝於閉口式結構的實驗段與擴散段之間；閉口式結構的收縮段與擴 散段功能互換，成為開口式結構的收縮段與擴散段；所述閉口式結構的風 扇段中，風扇為吸氣式運行；所述開口式結構的風扇段中，風扇為吹氣式 運行；所述收縮段、實驗段、擴散段及風扇段的主體均為有機玻璃製成。 本實用新型具有以下有益效果及優點
1. 本實用新型為在原有閉口式結構的基礎上改裝為閉口及開口式可互 換的結構，在所測的模型一致，條件也一致的情況下測量防護林的防風 效果和風的運動方向對作物的影響，得出的結果是有差別的，把得出的 數據相互參考，結果達到最佳狀態，有利於實驗研究，並節約了實驗成 本。
2. 本實用新型整體框架釆用有機玻璃材料製成，對其內部直觀效果好, 並增加使用壽命。
圖l為本實用新型閉口吸氣式結構示意圖； 圖2為本實用新型內部釆用的單株樹模型示意圖； 圖3為本實用新型釆用的皮管受感器結構示意圖； 圖4為本實用新型開口吹風式結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型低速風洞是一種適用農田、林木實驗用的低速 風洞，為橫向設置的長簡狀，整體框架為有機玻璃材料製成，直觀效果好, 增加使用壽命，並具有可改裝的閉口式和開口式兩種結構。閉口式結構為 吸風形式，開口式結構為吹風形式，從進風口到出風口依次包括收縮段l、 實驗段2、擴散段3以及風扇段4，實驗段2的風向上遊設有整流網5，收縮段 l與實驗段2之間以及實驗段2與擴散段3之間設有蜂窩器6。
實施例1
閉口式結構從進風口到出風口依次包括收縮段l、實驗段2、擴散段3及 風扇段4，總長為962cm。
本實施例中實驗段2截面積取40cmx40cm的正方 形，收縮段1的前端設有整流網5，收縮段1與實驗段2之間設有蜂窩器6，風 扇段4中的風扇7吸氣式運行。
收縮段l是氣流的進口段，對實驗段2中氣流的特徵有重要影響。因 此要求在收縮段l內，不發生氣體流脫體現象，且出口處氣流平穩，分布 均勻，紊流度小，因此，該段邊壁形狀應接近流線型。可按伯特契洛 (Batchelon, G. K.)給出的公式進行計算，以求出此段任意段處的截面積<formula see original document page 5
式中^為出口截面積(等於實驗段入口截面積)，取為40cmx40cm; 進口截面積4 ="。； w為收縮比， 一般取"=6;收縮段l長度/取為實驗 段截面積特徵長度D。的1.8倍；Z)。根據下式求算 formula see original document page 5
式中7'。=^^稱為水力半徑，故可求得/=72cm; ^為距進口處的距 離，不同距離x處的橫截面積4和其邊長可根據上式計算。
收縮段1後是實驗段2，也稱工作段，模型實驗是從這裡開始的。因此 要求實驗段2各截面上風速分布均勻穩定，風向與軸線平行。故壁面應平 直、光滑和密閉，不能漏氣。由入口處210-250cm為穩定階段，賴以造成 充分發展的邊界層；模型高按5cm計算，影響風速的距離按50-100倍"樹" 高計算(約300-400cm),故實驗段取為600-700cm,以便安放觀測儀器。
擴散段3在風洞開路出口處有大量空氣被排出，因此損失掉相當多的 動能，往往是影響風洞效率的主要因素，其損失功率P為
式中m為單位時間排出的空氣品質，F為出口處的平均速度。
風扇段4由風扇7在風扇段4內造成較低的氣壓，而使風洞內產生氣
流，該段是風洞的動力部分。風速0.2-2 5w/秒連續可調。
整流網5為由直徑0.15mm的銅絲做成、每平方寸200目的三層活動整
流網，安裝在遠離實驗段的上遊(安裝在收縮段1的前端)，以降低實驗
段的紊流度，為減少能量損失，本實施例中將其安裝在風速較小的收縮段
的入口處。
蜂窩器6是由薄金屬片構成的蜂窩部件。氣流流過時可以大大改善氣 流的扭轉現象，安放在實驗段2的入口處。
氣流速度的測量儀器是風洞觀測的基本儀器，要求精度很高。 一般用 皮脫管感受器(安裝於實驗段的下遊50cm處)測風，本實施例'釆用如圖3 所示的結構，由靜壓管12、總壓管13、複式管14組成，其原理是由測得 的動壓力來計算風速。其關係式可由理論推得為:
v p
式中"為風速，《為近於l的儀器常數，A為總壓力，^為靜壓力，p 為空氣密度。故如測得A-P = Ap,及p則可以算得風速"。
採用DISA-55M熱線微風儀與遠端監控計算機聯機。數據的釆集器和
5處理連續進行，熱線微風儀的探頭安裝在實驗段內的坐標架(在實驗段內的
中間前50cm處位置安裝)上，在風洞外通過遠端監控計算機控制坐標架做
三維空間移動，達到預定的觀測位置。
本實施例釆用JM-9型補償式微壓表(安裝於實驗段內距中間150cm的 位置)，測量氣流靜壓力，以水為內衝液體,測量結果可精確到0.001mm水柱 高。
如圖2所示，林帶模型由塑料樹製成，高10cm,圖中標號8為柏枝、9 為松朵、IO為五合板、ll為鐵片。通過調節株距、行距及行數改變林帶模 型的透風係數，林帶模型寬高比近似l。
實施例2
開口式結構如圖4所示，與實施例1的不同之處在於將整流網5從 閉口式結構的位置上拆掉，安裝於實驗段2與擴散段3之間，成為開口式 結構的實驗段2的上遊，蜂窩器6從閉口式結構的收縮段1與實驗段2之 間拆下，安裝於閉口式結構的實驗段2與擴散段3之間，閉口式結構的收 縮段1與擴散段3功能互換,分別成為開口式結構中的擴散段l'、收縮段3', 風扇7為吹氣式運行。
實施例1、 2中，兩種低速風洞的洞體相同，在所測的模型一致，條 件也一致的情況下，得出的結果是有差別的。那麼用開口式結構和閉口 式結構先後把同一種實驗各做一次，把得出的數據相互參考，結果達到 最佳狀態。
本實用新型從需要出發，將閉口式吸氣低速風洞，在原來構造的基礎 上改動處理後，原來閉口吸氣式改成既能閉口吸氣，又能開口吹氣的兩種 實驗工具。
權利要求1. 一種低速風洞，整體為橫向設置的長筒狀，其特徵在於具有可改裝的閉口式及開口式結構，從進風口到出風口依次包括收縮段(1)、實驗段(2)、擴散段(3)及風扇段(4)，實驗段(2)的風向上遊設有整流網(5)，收縮段(1)與實驗段(2)之間設有蜂窩器(6)。
2. 按權利要求l所述的低速風洞，其特徵在於所述閉口式結構和開 口式結構可改裝互換，即整流網(5)從閉口式結構的實驗段(2)的風向 上遊拆下，安裝於閉口式結構的實驗段(2)的風向下遊，成為開口式結構 的實驗段(2)的上遊；蜂窩器(6)從閉口式結構的收縮段(1)與實驗段(2)之間拆下，安裝於閉口式結構的實驗段(2)與擴散段(3)之間；閉 口式結構的收縮段(1)與擴散段(3)功能互換，成為開口式結構的收縮 段(3')與擴散段(r)。
3. 按權利要求1或2所述的低速風洞，其特徵在於所述閉口式結構 的風扇段(4)中，風扇(7)為吸氣式運行。
4. 按權利要求1或2所述的低速風洞，其特徵在於所述開口式結構 的風扇段(4)中，風扇(7)為吹氣式運行。
5. 按權利要求1所述的低速風洞，其特徵在於所述收縮段(1)、 實驗段(2)、擴散段(3)及風扇段(4)的主體均為有機玻璃製成。
專利摘要本實用新型涉及低速風洞，整體為橫向設置的長筒狀，具有可改裝的閉口式及開口式結構，從進風口到出風口依次包括收縮段、實驗段、擴散段及風扇段，實驗段的風向上遊設有整流網，收縮段與實驗段之間設有蜂窩器；所述閉口式結構和開口式結構可改裝互換，即整流網從閉口式結構的實驗段的風向上遊拆下，安裝於閉口式結構的實驗段的風向下遊，蜂窩器從閉口式結構的收縮段與實驗段之間拆下，安裝於閉口式結構的實驗段與擴散段之間；閉口式結構的收縮段與擴散段功能互換。本實用新型為在原有閉口式結構的基礎上改裝為閉口式及開口式可互換的結構，有利於實驗研究，並節約了實驗成本，對其內部直觀效果好，增加了使用壽命。
文檔編號G01M9/00GK201259461SQ20082021824
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者關德新, 吳家兵, 李曉晏 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所