CN103630323A - 数字化小麦抗倒伏实验风洞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字化小麦抗倒伏实验风洞。该风洞包括风洞洞体、风速控制、风速测定和图像自动采集四个单元。其结构特征是风洞洞体整体安装在由矩形钢管焊接而成的钢架上；上壁及侧壁由中间填充发泡材料的彩钢板弯制面成，在洞体两端及收缩段前后部位有“n”形钢架，底板下层是木板、上层为镀锌铁板；轴流风机分3层用螺丝安装在由角钢焊制的架子上，每层4个；扩散段与收缩段之间洞体宽度为1∶0.54；整流段安装有由木板制成的隔栅；实验段高2.0米、宽1.3米、长7.0米，顶部安装有日光灯、侧壁中央位置安装有钢化玻璃观察窗。风洞风速0-16米/秒连续可调，并通过调整风机加速及减速的时间模拟阵风风速，可以满足小麦风动力学及抗倒伏风速研究需要。

Description

数字化小麦抗倒伏实验风洞

所属技术领域

本发明涉及一种能够模拟小麦田间近地微尺度自然风速变化，研究小麦植株、群体风动力学特性及抗倒伏风速的低速专用风洞。

背景技术

倒伏是由风、雨及植物茎秆特性等内外因素共同作用所引发的使植株茎秆从自然直立状态到永久错位的现象，是目前小麦高产稳产和超高产的最主要限制性因素之一。小麦从杨花至成熟各个时期均可以发生倒伏，倒伏不仅使粮食产量大幅度降低，而且还可因病菌滋生产生毒素等致使粮食品质严重下降，同时还给机械收获带来诸多困难。据有关统计，每年我国因倒伏造成的粮食损失高达20×10⁸公斤以上。因此，深入研究小麦植物内、外在因素对其群体倒伏的影响及作用机制，对于防止或降低小麦严重倒伏的发生，保证国家粮食安全具有极其重要的理论和应用意义。

目前，已经有一些方法或技术被应用于小麦抗倒伏特性测定。这些方法依据其原理或操作形式可以分为三大类型。一是自然或人工诱导倒伏评价法；二是茎秆物理特性评价法，如茎秆承重法、茎秆横向折断强度测定法、茎秆强度测定法和传统田间感官判断法等；三是力学评价法，利用小麦茎秆基节的弹性模量和抗弯折强度等力学指标评价小麦茎秆的抗倒伏性。但由于研究手段的限制，目前的评价方法多属于不同实验材料相对抗倒伏性的比较，而更为重要的是其结果与引起群体倒伏的最主要客观外界因素一风速条件还没有联系起来。

风洞是可以人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可度量气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状设备。由于风洞可以根据实验需要人为控制或模拟自然风速，目前已被广泛应用于航空、气象、建筑工程、林带防风及沙漠治理等研究领域。风洞按结构可分为开口式、闭口式两种；按气流速度，风洞可分为低速风洞，高亚声速风洞和跨声速、超声速、高超声速风洞；按其功能可以分为飞机风洞、汽车风洞、建筑工程风洞、大气边界层风洞、风蚀风洞等。现有大型风洞，一般造价都非常昂贵、动力消耗也非常大，而一般微型或便携式风洞又太小，截面面积仅0.16或0.20平方米，至今还没有看到动力消耗小、造价低廉、经久耐用、可以模拟小麦田间近地微尺度风速变化，可用于小麦植株及群体风动力学特性及抗倒伏风速研究的风洞产品或专利。

发明内容

针对目前国内缺乏小麦植株、群体风动力学特性及抗倒伏风速研究风洞的情况，本发明的目的旨在提供一种动力消耗小、造价低廉、经久耐用、可以模拟田间近地微尺度风速，可用于小麦、水稻等禾本科作物风动力学特性及抗倒伏风速研究的数字化实验风洞。

本发明属低速、直流吹气式风洞。该风洞包括风洞洞体、风速控制、风速测定和图像自动采集计算机系统四个单元。风洞洞体由动力段、扩散段、收缩段、整流段和实验段组成。风洞整体安装在由矩形钢管焊接而成的钢架上，洞体上壁及侧壁由厚5厘米、中间填充发泡材料的彩钢板弯制面成；为增加洞体的横向机械强度，风洞的空气进出端部位、收缩段前后侧壁部位焊接有由矩形钢管制成的“n”形钢架，洞体底板下层是木板、上层为镀锌铁板。动力段轴流风机从上向下分3层用螺丝安装在由角钢焊制的架子上，每层4个。轴流风机的入风口和出风口处都设有整流罩，风机通过4芯防水电缆连接至与控制台上；扩散段与收缩段之间洞体宽度为1∶0.54；整流段位于收缩段下游端，主要安装有一个由木板制作的整流隔栅；实验段高2.0米、宽1.3米、长7.0米，顶部安装有日光灯、侧壁的中央位置安装有钢化玻璃观察窗，侧壁接近底板的部位设有开口供安装风速仪使用。实验段侧壁内不同高度部位安装有供放置水平隔板的角铝，可以通过调节顶板和底板的水平高度，改变实验段截面面积的方式分别满足小麦植株、群体模型，以及小麦植株和小型群体风洞实验的需求，并可提高风洞的最大风速。

风洞利用变频器改变轴流风机三相交流电频率的方式调节风速，风速0-16米/秒连续可调，并可通过调整风机加速及减速的时间模拟阵风风速，可以满足小麦风动力学及抗倒伏风速研究需要。

风洞利用连接至计算机上的热线式风速仪监测、记录风洞不同部位的风速及其变化。

风洞利用带摇控键盘的高清视频录像机自动采集风洞实验过程中小麦植株及群体的图像变化。

本发明的特点包括：(1)可以借助尖劈、挡板等粗糙元模拟田间近地微尺度风速变化，风速随地面高度呈对数函数变化；(2)可以通过改变实验段水平隔板位置，满足小麦群体模型水平或垂直方向风速与小麦冠层特性关系；(3)可以直接将盆栽小麦植株或种植于大型植物栽培箱中的小型群体放入风洞，直接研究小麦植株或群体内在特性与抗风特性的关系；(4)可以测定小麦品种的抗倒伏风速；(5)造价低、能耗小、整机最大能耗不足5KW，经久耐用，可以自动、连续监测记录风速、图像变化。

本发明的有益效果是可以在人工模拟田间近地微尺度风速变化的情况下研究小麦植株、群体模型以及小麦植株和小型群体的风动力学特性。从引发小麦倒伏的最主要内、外在因素入手研究小麦的风动力学特性和抗倒伏机理，提高国内外小麦抗倒伏研究水平，为抗倒伏高产小麦品种选育推广提供可靠的评价方法和手段。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1：本发明系统组成示意图；

图2：风洞洞体结构俯视图；

图3：风洞洞体结构主视图；

图4：风洞洞体结构左视图；

图5：图2A局部结构放大图；

图6：图4B局部结构放大图；

图中：1-风洞洞体总体结构，2-风速控制装置，3-风速测定装置，4-图像自动采集装置，5-动力段，6-扩散段，7-收缩段，8-整流段，9-实验段，10-侧壁，11-底部钢架，12-“n形钢架”，13-轴流风机，14-整流隔栅，15-日光灯，16-钢化玻璃观察窗，17-角铝，18-角钢，19-螺拴，20-镀锌铁板，21-木板。

具体实施方式

本发明可以广泛应用于小麦植株、群体风动力学特性、抗倒伏风速评价等实验研究，下面仅就小麦群体水平、垂直方向风速变化特性研究以及小麦植株及群体抗倒伏风速测定二个方面说明其具体实施方式。

小麦群体水平及垂直方向风速变化特性研究：(1)在风洞实验段9入口端放置尖劈、挡板等粗糙元模拟田间近地微尺度风速随高度变化特性；(2)利用生长在育苗盘中的生长至一定高度的小麦群体作为研究模型；(3)将风速测定装置3的热线风速仪探头分别放置于小麦群体模型冠层位置和群体上游方向：(4)旋转风速控制装置2中变频器旋钮将风速调整至适当大小；(5)按从下至上的顺序调整水平隔板的高度，分别测定记录群体模型冠层部位及上游水平方向风速变化，统计分析小麦群体冠层对其水平及垂直方向风速变化的影响。

小麦植株及群体抗倒伏风速测定：(1)在风洞实验段9入口端放置尖辟、挡板等粗糙元模拟田间近地微尺度风速变化；(2)将盆栽的小麦植株或种植于大型植物栽培箱中的小型小麦群体直接放入风洞实验段9；(3)将风速测定装置3的热线风速仪探头分别放置于小麦植株或群体冠层上方：(4)打开风速测定装置3及图像自动采集装置4，并将视频录像机镜头水平对准植株或群体侧方部位；(5)缓慢转动风速控制装置2中的变频器旋钮使风洞风速慢慢上升，当小麦植株或群体前部茎秆被吹至与地面成45。时，记录此时风速，该风速即为小麦植株或群体抗倒伏风速。

本发明也可以用于小麦植株及群体其它风动力特性的测定，如小麦植株及群体不同特性对抗倒伏风速影响、群体透风系数、倒伏发生过程观察等，风速调整与控制方法与上述操作方法相似。

本发明除用于小麦抗倒伏研究之外，也可以用于小麦抗干热风以及籽粒脱水速率研究。

本发明还可以用于水稻、谷物等作物抗倒伏以及其它需要利用风洞进行的风动力学研究。

Claims (3)

1.本发明提供一种供小麦植株、群体风动力学及抗倒伏风速研究使用的数字化小麦抗倒伏实验风洞，该风洞包括风洞洞体、风速控制、风速测定和图像自动采集计算机系统四个单元；其结构特征是风洞整体安装在由矩形钢管焊接而成的钢架上，洞体上壁及侧壁由厚5厘米、中间填充发泡材料的彩钢板弯制面成，在洞体两端及收缩段前后部位有“n”形钢架，底板下层是木板、上层为镀锌铁板。

2.根据权利要求1所述的数字化小麦抗倒伏实验风洞，其特征是风洞洞体由动力段、扩散段、收缩段、整流段和实验段组成；动力段轴流风机分3层用螺丝安装在由角钢焊制的架子上，每层4个；扩散段与收缩段之间洞体宽度为1∶0.54；整流段安装有由木板制作的整流隔栅；实验段高2.0米、宽1.3米、长7.0米，顶部安装有日光灯、侧壁中央位置安装有钢化玻璃观察窗。

3.根据权利要求1所述的数字化小麦抗倒伏实验风洞，其特征是风洞洞体侧壁不同水平高度部位安装有供放置水平隔板的角铝，通过调整上、下水平隔板的位置可以改变实验段截面面积，分别满足小麦植株、群体风动力学及抗倒伏风速的测定需要；风洞风速0-16米/秒连续可调，并可通过调整风机加速及减速的时间模拟阵风风速，可以满足小麦风动力学及抗倒伏风速研究需要。

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