CN104990948A - 雾凇模拟试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾凇模拟试验方法及系统。该系统包括：第一温度试验箱，用以提供低温环境而将水雾发生装置提供的水雾转变为低温高湿水汽；第二温度试验箱，用以提供低温环境并容置试验件；风机，至少用以将低温高湿水汽从第一温度试验箱输往第二温度试验箱。该方法包括：运行第一、第二温度试验箱，直至两者环境温度达到设定数值且保持稳定；将水雾发生装置产生的水雾转变为低温高湿水汽，并将其输送至第二温度试验箱，使之与低温试验件表面接触而形成雾凇。本发明的系统结构简单，操作方便，同时本发明的方法能够精确地模拟自然界中的环境温度、气流速度及湿度，来模拟不同的天气，雾凇形成效果较好，从而满足不同的测试需求，实用性强。

Description

雾凇模拟试验方法及系统

技术领域

本发明涉及一种雾凇模拟试验方法及其系统，可以产生自然界中雾凇形成的环境，模拟雾凇的形成。

背景技术

模拟雾凇形成的环境，主要是空气中的过冷水滴碰撞到同样低于冻结温度的物体时，凝结于物体表面，形成雾凇。除了观赏价值外，雾凇也会对电线等产生危害。

目前，现有的人造雾凇方法和装置都是开放式的，即在低温自然环境下，直接向树木等喷洒水蒸气或相关溶液形成雾凇。此种方法由于相关参数不可控，且严格依赖零下低温的自然环境，因此无法直接运用到要求较高的雾凇模拟试验中。

再比如公开号为1583423A的公开专利，即在低温环境下，用加热装置将水或冰加热成水蒸气，水蒸气上升遇冷后在树木上凝结形成雾凇。但是此种方法操作繁琐，还需加热，浪费能源，同样也无法直接运用到要求较高的雾凇模拟试验中。

因此，如何提供一种结构简单合理，易于组装维护，且能满足不同试验需求的雾凇模拟试验方法及其系统，是目前市场上亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种雾凇模拟试验系统及方法，该系统结构简单合理，易于组装维护，操作简单，且能满足不同试验需求。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案包括：

一种雾凇模拟试验系统，其包括：

第一温度试验箱，用以提供-40～5℃的低温环境而将水雾发生装置提供的水雾转变为低温高湿水汽；

第二温度试验箱，用以提供-40～5℃的低温环境并容置试验件；

以及，风机，至少用以将所述低温高湿水汽按照设定流速从第一温度试验箱输往第二温度试验箱，并使所述低温高湿水汽与低温试验件表面接触而形成雾凇。

进一步的，所述水雾发生装置包括与第一温度试验箱连通和/或置于所述第一温度试验箱内的加湿系统。

进一步的，所述加湿系统包括水泵与加湿器，所述水泵的进水端与水源连接，出水端连接加湿器的进水口，所述水泵的供水速率大于加湿器的耗水速率。

进一步的，所述风机包括置于第一温度试验箱内和/或与第一温度试验箱连通的变频风机。

进一步的，所述雾凇模拟试验系统还包括：密闭的试验容器，至少用以为试验件提供雾凇形成场所，所述试验容器被置于第二温度试验箱内并与第一温度试验箱连通，且所述试验容器的外壳由导热性良好的材料制成，所述水雾发生装置依次经风机和第一阀门与试验容器的进气口连通，所述试验容器的出气口还经第二阀门与外界空气连通。

进一步的，所述试验容器和/或第二温度试验箱上还设置有至少用以观察试验件上雾凇形成状况的观测装置。

进一步的，在工作时所述第一温度试验箱内的温度为0～5℃，第二温度试验箱内的温度为-40～0℃。

进一步的，所述雾凇模拟试验系统还包括控制单元，至少用以调控第一、第二温度试验箱，水雾发生装置和风机中部分组件或全部组件或设于任意两个组件之间的阀门的工作状态。

一种雾凇模拟试验方法，主要是基于所述雾凇模拟试验系统而实施，其包括：

运行第一、第二温度试验箱，直至第一、第二温度试验箱内的环境温度达到设定数值且保持稳定；

启动水雾发生装置产生水雾，并使水雾在第一温度试验箱内转变为低温高湿水汽，之后以风机将低温高湿水汽输送至第二温度试验箱，使所述低温高湿水汽与置于第二温度试验箱内的低温试验件表面接触而形成雾凇。

进一步的，所述试验方法具体包括：将试验件置入位于第二温度试验箱内的试验容器内，并将所述低温高湿水汽输入试验容器，使所述低温高湿水汽与置于第二温度试验箱内的低温试验件表面接触而形成雾凇，且在设定时间后，停止输送所述低温高湿水汽，并使所述试验容器内腔相对于第一温度试验箱及外界空气形成密闭状态。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果包括：该雾凇模拟试验系统结构简单合理，操作简便，效果明显，组装维护成本低，且该雾凇模拟试验方法能够精确地模拟自然界中的环境温度、气流速度及湿度，同时，温度、风速和湿度可调，从而满足不同的测试需求，实用性强，应用前景好。

附图说明

为了说明本发明的结构特征和技术要点，下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构特点作进一步详细的说明。

图1是本发明一典型实施例所公开的一种雾凇模拟试验系统的结构示意图；

附图标记说明：1-水泵，2-加湿器，3-第一温度试验箱，4-第二温度试验箱，5-变频风机，6-试验容器，7-试验件，8-第一阀门，9-控制单元，10-第二阀门。

具体实施方式

在本发明的一个典型实施方案之中提供了一种雾凇模拟试验系统，包括：

两个提供-40～5℃低温环境温度可调的温度试验箱，两个温度试验箱相互连通，并且每个温度试验箱都设置有和外界相通的开孔；

至少用于提供湿气的加湿系统；

至少用以将湿气在两个温度试验箱内输送的变频风机，通过变频可以改变气流速度，模拟自然界不同的风速；所述加湿系统与变频风机连接；

至少用以为试验件提供雾凇形成场所的试验容器，其除了进气口和出气口外密闭，所述变频风机通过第一阀门与试验容器相互连通；

以及控制单元，至少用以同步控制加湿系统、变频风机及阀门的开闭，当加湿系统打开时，变频风机和第一阀门打开，保证湿气流能流经整个试验系统；当加湿系统关闭时，变频风机和第一阀门关闭，保证加湿系统和试验容器达到各自稳定的温度；

及其连接管路。

优选的，所述加湿系统包括水泵与加湿器，所述水泵的进水端与水源连接，出水端连接加湿器的进水口；所述水泵的供水速率大于加湿器的耗水速率。

进一步的，所述加湿器的出气口连接变频风机的进气端，且所述加湿器与变频风机设置于第一温度试验箱内部，该第一温度试验箱内的温度为0～5℃。所述试验容器设置于第二温度试验箱内部，该第二温度试验箱内的温度为-40～0℃，至少用以使放置于试验容器内的试验件的温度低于水的冻结温度。

具体的，所述试验容器的出气端通过连接管路与外界空气相连，且此段连接管路上设置有第二阀门。

其中，所述第一阀门设置于第一温度试验箱内部。所述第二阀门设置于外界空气中。

作为优选方案之一，所述试验容器的外壳由导热性良好的材料制成，以便试验容器内的温度能较快的和第二温度试验箱内的温度保持一致。更优选的，所述连接管路的外表面包设有一保温层。

作为优选方案之一，所述试验容器及第二温度试验箱上还设置有至少用以观察试验件雾凇形成状况的观测装置。

在本发明的一个典型实施方案之中还提供了一种雾凇模拟试验方法，其可以基于上述的雾凇模拟试验系统而实施，具体可以包括以下步骤：

运行第一、第二温度试验箱，运行一段时间，直至达到目标温度且稳定；

水泵将水输送至加湿系统，加湿系统产生湿气通过变频风机输送至位于第二温度试验箱内部的试验容器，水蒸气碰撞低温的试验件形成雾凇；

所述加湿系统、变频风机和第一阀门通过控制电路实现同步开闭，当加湿系统打开时，变频风机和第一阀门打开，保证湿气流能流经整个试验系统；当加湿系统关闭时，变频风机和第一阀门关闭，保证加湿系统和试验容器在低温环境下达到各自稳定的温度。

其中，所述加湿系统包括水泵与加湿器，所述加湿器和变频风机设置于第一温度试验箱内，该第一温度试验箱内的温度为0～5℃；所述试验容器设置于第二温度试验箱内，该第二温度试验箱内的温度为-40～0℃。

其中，一定时间后，由于与气流的热交换，试验容器中的温度会升高，为了保证形成的雾凇不会融化，控制电路将切换至关闭状态，使得加湿系统、变频风机和第一阀门关闭，试验容器在第二温度试验箱中慢慢降温直至稳定，然后控制电路开启，开始下一个循环。

具体流程为：水泵为加湿器提供水，控制电路切换至工作状态，在第一温度试验箱中的加湿器运行，将水变成水雾，连接管路中的第一阀门打开，管路畅通，变频风机将低温水雾以一定风速输送至位于第二温度试验箱中的试验容器中，低温水雾撞击低于冻结温度的试验件，水滴在试验件表面凝结，形成雾凇，剩余水汽排出至外界空气。一定时间后，由于与气流的热交换，试验容器中的温度会升高，为了保证形成的雾凇不会融化，控制电路将切换至关闭状态，使得加湿器、风机和阀门关闭，试验容器在第二温度试验箱中慢慢降温直至稳定，然后控制电路开启，开始下一个循环。

进一步的，在整个试验过程中，水泵可以一直通电运行，也可以加入控制电路和加湿器等同步运行。

进一步的，水泵的供水速率需大于加湿器的耗水速率，且加湿器内部水量达到警戒线后其进水口将关闭。

本发明采用常见的试验仪器和设备以及成熟的试验技术，利用温度试验箱、加湿器和变频风机等设备实现雾凇形成的高仿真模拟，并通过简单的控制电路实现全自动运行，不仅结构简单合理，操作简单方便，效果明显，组装维护成本低，且能够精确地模拟自然界中的环境温度、气流速度及湿度，同时，温度、风速和湿度可调，从而满足不同的测试需求，实用性强，应用前景好。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述：

参见图1所示为本实施例的一种雾凇模拟试验系统，可用于模拟自然界中雾凇的形成，其包括水泵1、加湿器2、第一温度试验箱3、第二温度试验箱4、变频风机5、试验容器6、试验件7、第一阀门8、控制电路9及第二阀门10。水泵1进水端连接水源，出水端连接加湿器2的进水口，用于给加湿器补水。加湿器2的出气口连接变频风机5的进气端，当变频风机5运行时，湿气可流经后续容器及管路。变频风机5的出气端连接试验容器6的进气端，其中变频风机5和试验容器6段的连接管路中设有第一阀门8。试验件7通过特定的安装方式置于试验容器6内，试验容器6的出气端通过连接管路与外界空气相连，且外界空气中的此段连接管路上安装有第二阀门10。

两个提供-40～5℃低温环境温度可调的第一温度试验箱3、第二温度试验箱4，两者相互连通，并且每个温度试验箱都设置有和外界相通的开孔。所述加湿器2与变频风机5设置于第一温度试验箱3的内部，该第一温度试验箱3内的温度为0～5℃，避免加湿器内的水结冰。所述试验容器6设置于第二温度试验箱4的内部，该第二温度试验箱4内的温度为-40～0℃，至少用以使放置于试验容器6内的试验件7的温度低于水的冻结温度。

其中，所述试验容器6的外壳由导热性良好的材料制成，以便试验容器内的温度能较快的和第二温度试验箱4内的温度保持一致。所述试验容器6及第二温度试验箱4上还设置有至少用以观察试验件雾凇形成状况的观测装置。

所述连接管路的外表面包设有一保温层，尽量减少管路内的空气与外界的热交换；整个系统的管路需有保温性能，且管路需尽可能平滑，避免局部曲率半径较小造成的管路内雾凇。

控制单元9，至少用以同步控制加湿器、变频风机及阀门的开闭，当加湿器打开时，变频风机和第一阀门打开，保证湿气流能流经整个试验系统；当加湿器关闭时，变频风机和第一阀门关闭，保证加湿器和试验容器达到各自稳定的温度。

所述加湿器2能在低温下正常运行，且湿度可调，用于适应多种情况下的应用。所述变频风机5能在低温下正常运行，且频率可调(通过变频器实现)，从而实现风速可调。所述第一、二阀门8、10能在低温下正常运行，且响应速度快。

本实施例的雾凇模拟试验方法包括以下步骤：

A.提供第一温度试验箱3和第二温度试验箱4作为主试验环境。其中第一温度试验箱3的温度一般为稍高于0℃，在0-5℃左右，避免加湿器内的水结冰。而第二温度试验箱4的温度应低于0℃，在-40～0℃左右，从而有利于形成雾凇；

B.水源和水泵1置于温度试验箱外，将水源和水泵1相连，调节水泵1压力至合适值；

C.将加湿器2和变频风机5置于第一温度试验箱3中，加湿器2一端通过第一温度试验箱3的开口与外部的水泵1相连，另一端与变频风机5相连；

D.将试验件7通过特定安装方式置于试验容器6内部；

E.将试验容器6置于第二温度试验箱4中，一端通过第二温度试验箱4和第一温度试验箱3的开口和变频风机5相连，一端通过第二温度试验箱4的开口直接和外界空气相通；

F.在变频风机5和试验容器6相连管路段中需安装第一阀门8，此阀门置于第一温度试验箱3中；

G.在试验容器6和外界空气相通管路段中需安装第二阀门10，此阀门置于外界空气中；

H.连接加湿器2、变频风机5和第一、二阀门8、10的控制单元，实现同步工作并设置好通电段和断电段的时间；

I.试验正式开始，运行第一温度试验箱3和第二温度试验箱4，待温度稳定后，控制电路通电运行，自动切换加湿器2、变频风机5和第一阀门8的开闭；

J.加湿器2、变频风机5和第一阀门8工作阶段，加湿器2运行，将水变成水雾，管路中的第一阀门8打开，管路畅通，变频风机5将低温水雾以一定风速输送至试验容器6中，低温水雾撞击低于冻结温度的试验件7，水滴在试验件表面凝结，形成雾凇，剩余水汽排出至外界空气；

K.加湿器2、变频风机5和第一阀门8关闭阶段，加湿器2关闭，风机关闭，管路中的第一阀门8关闭，管路切断，加湿器2内的水在第一温度试验箱3内温度稳定至设置值，试验件7在第二温度试验箱4内温度稳定至设定值；

L.步骤J和K循环进行直至试验结束。

在整个试验过程中，水泵1可以一直通电运行，也可以加入控制电路和加湿器等同步运行。

综上所述，本实施例可通过简单调节加湿器2湿度、变频风机5风速、第一温度试验箱3、第二温度试验箱4和K,J循环阶段的时间来模拟不同的自然环境条件，形成雾凇。

本发明所采用的试验设备技术成熟，搭建形成的系统结构简单合理，组装维护成本低；通过简单的控制电路使整个试验系统自动运行，操作简单方便，有效地模拟雾凇的形成。

上述具体实施方式仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雾凇模拟试验系统，其特征在于包括：

第一温度试验箱，用以提供-40～5℃的低温环境而将水雾发生装置提供的水雾转变为低温高湿水汽；

第二温度试验箱，用以提供-40～5℃的低温环境并容置试验件；

以及，风机，至少用以将所述低温高湿水汽按照设定流速从第一温度试验箱输往第二温度试验箱，并使所述低温高湿水汽与低温试验件表面接触而形成雾凇。

2.根据权利要求1所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于所述水雾发生装置包括与第一温度试验箱连通和/或置于所述第一温度试验箱内的加湿系统。

3.根据权利要求2所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于所述加湿系统包括水泵与加湿器，所述水泵的进水端与水源连接，出水端连接加湿器的进水口，所述水泵的供水速率大于加湿器的耗水速率。

4.根据权利要求1所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于所述风机包括置于第一温度试验箱内和/或与第一温度试验箱连通的变频风机。

5.根据权利要求1所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于还包括：密闭的试验容器，至少用以为试验件提供雾凇形成场所，所述试验容器被置于第二温度试验箱内并与第一温度试验箱连通，且所述试验容器的外壳由导热性良好的材料制成，所述水雾发生装置依次经风机和第一阀门与试验容器的进气口连通，所述试验容器的出气口还经第二阀门与外界空气连通。

6.根据权利要求5所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于所述试验容器和/或第二温度试验箱上还设置有至少用以观察试验件上雾凇形成状况的观测装置。

7.根据权利要求1所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于，在工作时所述第一温度试验箱内的温度为0～5℃，第二温度试验箱内的温度为-40～0℃。

8.根据权利要求1所述的雾凇模拟试验系统，其特征在于还包括控制单元，至少用以调控第一、第二温度试验箱，水雾发生装置和风机中部分组件或全部组件或设于任意两个组件之间的阀门的工作状态。

9.一种雾凇模拟试验方法，主要是基于权利要求1-8中任一项所述雾凇模拟试验系统而实施，其特征在于包括：

运行第一、第二温度试验箱，直至第一、第二温度试验箱内的环境温度达到设定数值且保持稳定；

启动水雾发生装置产生水雾，并使水雾在第一温度试验箱内转变为低温高湿水汽，之后以风机将低温高湿水汽输送至第二温度试验箱，使所述低温高湿水汽与置于第二温度试验箱内的低温试验件表面接触而形成雾凇。

10.根据权利要求9所述的雾凇模拟试验方法，其特征在于具体包括：将试验件置入位于第二温度试验箱内的试验容器内，并将所述低温高湿水汽输入试验容器，使所述低温高湿水汽与置于第二温度试验箱内的低温试验件表面接触而形成雾凇，且在设定时间后，停止输送所述低温高湿水汽，并使所述试验容器内腔相对于第一温度试验箱及外界空气形成密闭状态。