CN107560821A - 一种研究沿海周边污染物扩散的风洞及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究沿海周边污染物扩散的风洞及其工作方法，该风洞包括洞体、驱动机构、环境模拟系统、测量控制系统以及测试体。洞体内设置有带有可以调节倾角以及位置的底板。风洞内的环境模拟系统包括喷淋装置、粉尘产生器、烟雾产生器、污染气产生器以及温度、湿度控制系统。风洞由若干个板块拼接而成，还包括防止污染物扩散的封板及抽风设备。解决了对沿海周边污染物扩散环境的模拟的问题。

Description

一种研究沿海周边污染物扩散的风洞及其工作方法

技术领域

本发明属于风洞领域，涉及一种研究沿海周边污染物扩散的风洞及其工作方法。

背景技术

近年来，愈加严峻的污染问题对环境造成了巨大的影响，主要的污染物有包括PM2.5、PM10在内的悬浮颗粒物，烟雾以及包括氮氧化物及温室气体在内的污染气。沿海地区往往会在海滨规划并建造一批区域性建筑群，以满足当地旅游及市民休闲娱乐的需要，而环境污染物会对海滨建筑群及沿海水域产生较大的影响，如果整体规划设计不够合理，会导致污染物长期滞留在建筑群落中，难以扩散出去，从而对建筑群落中人群身体健康会造成极大的危害。因此，在沿海建筑的设计规划过程中，如何对建筑物进行合理规划，避免污染物长期滞留，使其能够快速扩散，最大限度地消除环境污染对建筑周边人群的不利影响，是当前我国海滨城市建设急需解决的热点问题。

而在环境模拟过程中，海边的坡度并不是保持固定的，海岸位置也会随着涨退潮而产生变化，因此，需要设计一种倾角和位置都可调的底面来模拟海岸位置，才能更为准确的模拟沿海地形环境。

针对以上不足，需要一种可以全方位模拟空气污染、并且可以模拟海岸位置和角度的风洞。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风洞，该风洞不仅可以从粉尘、烟雾和污染气三个方面来模拟环境污染，并且可以调节底面的位置和倾角，也可以进行下雨、台风等气候环境模拟的研究沿海周边污染物扩散的风洞。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种研究沿海周边污染物扩散的风洞，包括带有出风口的洞体，在洞体内部设置有驱动机构、环境模拟系统、测量控制系统以及水槽；所述水槽内设有调节装置，所述调节装置包括：位置调节杆，设置在水槽的内底面上，且可沿水槽长度方向滑动；底板，用于安装进行实验的实验体，其一端与位置调节杆相连接，且可绕位置调节杆旋转，在底板上设有下水口；倾角调节杆，一端设置在水槽的内底面上且可沿水槽长度方向滑动，另一端与底板在远离位置调节杆的一端相连。

进一步，所述驱动机构设置在洞体内部与出风口相对的侧壁上，由若干个呈矩阵排布的分别独立控制的风机组成。

进一步，所述环境模拟系统设置在洞体内部的顶面上，包括粉尘产生器、烟雾产生器以及污染气产生器。

进一步，所述环境模拟系统还包括喷淋装置。

进一步，所述环境模拟系统还包括温度、湿度控制系统，所述温度、湿度控制系统包括温度调控单元、湿度调控单元、换热器以及水雾发生器。

进一步，所述洞体内还设置有用于净化风洞内污染物的抽风设备。

一种研究沿海周边污染物扩散的风洞的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在底板上安装至少1个实验体；

S1.1：在水槽内部充入清水或海水。

S2：启动驱动系统及环境模拟系统，在洞体的内部对具体的实验环境进行模拟；

S3：调整位置调节杆和倾角调节杆以改变底板沿其长度方向的水平位置及倾角，来模拟涨、退潮时海岸线的变化；

S4：对风洞内部的污染物浓度进行实时检测；

S5：关闭驱动系统及环境模拟系统；

S6：对实验体上附着的污染物进行检测；

S7：重复上述2～6的步骤，研究污染物对实验体的耦合影响。

本发明的有益效果在于：

1、在环境模拟系统中设置污染物发生器，包括粉尘发生器、烟雾发生器以及污染气发生器，全方位模拟大气污染物的组成，真实、客观地重建与海岸环境相似度较高的风洞内环境，从空气组成的角度对沿海周边污染物的扩散情况进行模拟。

2、在环境模拟系统中设置喷淋装置，将海洋周边的降雨考虑进环境模拟系统中，进一步贴近真实的海洋情况，实现不同雨量的气候模拟，可以监测在整个降雨过程中沿海周边空气、海水内的污染物的实时变化，从环境角度对沿海周边污染物的扩散情况进行模拟。

3、使用倾角和位置可调的底板结构来具体的模拟临海位置的陆地环境，从地面环境的角度对沿海周边污染物的扩散情况进行模拟。

4、设计呈矩阵排布并且可以单独控制的风机来实现对沿海环境中的复杂风场的模拟，可通过对各个风机的风力、角度的调节来实现风场耦合，使风洞内的模拟环境与实际的沿海环境更为相似，从空气动力学角度对沿海周边污染物的扩散情况进行模拟。

5、设计可拆卸的风洞体，可采用拼接的方式扩大或减小风洞的内部体积，可以实现不同比例的模拟环境，也可以重现足尺建筑的环境模拟，从建筑物比例的角度对沿海周边污染物的扩散情况进行模拟。

6、在洞口设置封板来阻止污染物外泄，避免由于污染物的扩散而对外界环境以及测试人员的身体健康造成危害。

7、在风洞内设置抽风设备来进行污染物的处理，在风洞测试结束后可先行处理污染物，防止对外界环境以及测试人员的身体健康造成危害。

8、可以实现对海边建筑群的排布状况的模拟，切实研究沿海周边污染物的扩散速率与建筑群排布的关系，对实际的沿海建筑群的设计具有指导意义。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中底板倾角调节的结构示意图；

图3为本发明中底板位置调节的结构示意图；

图4为本发明中的驱动机构的结构示意图；

图5为本发明中的滑道位置及水路循环示意图。

附图标记：洞体1、驱动机构2、测试体3、环境模拟系统4、水槽5、底板6、位置调节杆7、倾角调节杆8、滑道9、出风口10、下水口11。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明主要涉及一种研究沿海周边污染物扩散的风洞，请参阅图1-图5，本实施例中的研究沿海周边污染物扩散的风洞由洞体1、驱动机构2、环境模拟系统4以及测试体3组成，风洞的一侧上还设有出风口10。所述洞体1内设置底板6的倾角与位置可调的水槽5，水槽5结构如图2所示，利用位置调节杆7调节底板6在水槽5底面的具体位置，通过倾角调节杆8调节底板6与水槽5底面的倾角，所述位置调节杆7为一曲杆，由滑槽连接在水槽5的侧边上，可沿水槽5的侧面滑动。水槽5底面上设置有滑道9，底板6上设置倾角调节杆8让位口以及下水口11，倾角调节杆8的一端活动设置在滑道9内部，另一端穿过底板6，在倾角调节杆8的另一端上设置调节环，通过调节环来调节底板6与水槽5底面之间的倾角。通过对底板6的位置以及倾角的调节来具体地模拟临海的陆地环境，实现对海边涨退潮的具体海岸角度和海岸位置的重现，整体结构简单，便于控制及维护。

本实施例中的环境模拟系统4包括粉尘产生器，烟雾产生器以及污染气产生器，主要产生PM2.5、PM10、烟雾、氮氧化物、硫化物、温室气体等环境污染物，利用这几种污染物产生器来实现对环境污染的模拟，从而实现对复合性污染环境的再现。环境模拟系统4中还包括喷淋装置，对海边的降雨以及其他形式的降水实现模拟，从而实现对不同的气候环境的模拟。

也可以将喷淋装置活动地设置在风洞内部，利用可移动的喷淋装置实现不同的降雨位置的模拟；也可以设置多个可以分别独立调节的喷淋装置，通过对各个喷淋装置的角度、出水强度的调节来实现风洞内不同降雨量的模拟。

作为本实施例的改进，还可以在环境模拟系统4中加入温度、湿度控制系统，所述温度、湿度控制系统包括温度调控单元、湿度调控单元以及换热器。温度调控单元与换热器电性连接，实现对风洞内部温度的调节；湿度调控单元设置在风洞内部来实现对风洞内湿度的调节。利用温度、湿度控制系统的耦合来实现对风洞内部的温度、湿度调节，实现对更复杂的气候环境的模拟；在温度控制系统和喷淋装置的耦合下，也可以实现对降雪的气候环境甚至冰雹气候环境的模拟再现。

本实施例中的驱动机构2为在风洞与出风口10一侧相对设置的驱动机构，包括呈矩阵排列的若干个风机，每个风机都可以单独地控制风力和角度，也可以将风机设置在整个风洞的内壁上，将若干个风机所产生的风场进行耦合，来实现对具体环境中不同的风场的模拟，使用控制变量法来确定单一环境因素对污染物扩散情况的影响。例如，可以设定一定强度以及一定朝向的风场，测试在不同降雨量的作用下污染物的扩散情况，也可以测试在不同的污染物浓度下，相同的风场对污染物的扩散情况的影响。

本实施例中的风洞由若干个可拆卸的板块拼接而成，通过大小、数量不同的板块进行拼接来实现不同的风洞体积，从而可以自由调节模拟环境的大小和测试体3与实体的比例，更好地实现风洞的模拟功能。

作为上述方案的进一步改进，本发明的风洞的洞口还设置有盖板，在模拟时保证风洞内部密封，防止污染物由于空气的扩散和驱动机构2所形成的风场而泄露，对外界环境和测试者的身体健康造成威胁。在风洞内还设置有抽风设备，当进行完污染物模拟后，利用抽风设备来净化装置的内部空气，防止打开封板后污染物外泄。

本实施例中的测量控制系统包括风速测试系统以及环境检测系统，主要由风速传感器、空气采样头、气体成分分析装置、数据采集与传输系统以及数据存储与处理系统五个模块构成。五个模块之间电性连接，通过计算机和采集软件来实现对风洞内的具体环境的实时监测，并可以实现数据的存储以及远程传输，使测量者可以随时掌握装置内部情况，操作便捷。还包括操作平台，将各环境模拟系统4以及测量控制系统集成在操作平台上，对各种实验数据以及实验设备统一管理，根据具体的实验需求设计不同的实验参数，控制及调整实验参数，采集并整合实时数据，提高实验效率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：包括带有出风口的洞体，在洞体内部设置有驱动机构、环境模拟系统、测量控制系统以及水槽；所述水槽内设有调节装置，所述调节装置包括：位置调节杆，设置在水槽的内底面上，且可沿水槽长度方向滑动；底板，用于安装进行实验的实验体，其一端与位置调节杆相连接，且可绕位置调节杆旋转，在底板上设有下水口；倾角调节杆，一端设置在水槽的内底面上且可沿水槽长度方向滑动，另一端与底板在远离位置调节杆的一端相连。

2.根据权利要求1所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：所述驱动机构设置在洞体内部与出风口相对的侧壁上，由若干个呈矩阵排布的分别独立控制的风机组成。

3.根据权利要求1所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：所述环境模拟系统设置在洞体内部的顶面上，包括粉尘产生器、烟雾产生器以及污染气产生器。

4.根据权利要求3所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：所述环境模拟系统还包括喷淋装置。

5.根据权利要求4所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：所述环境模拟系统还包括温度、湿度控制系统，所述温度、湿度控制系统包括温度调控单元、湿度调控单元、换热器以及水雾发生器。

6.根据权利要求5所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞，其特征在于：所述洞体内还设置有用于净化风洞内污染物的抽风设备。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在底板上安装至少1个实验体；

S2：启动驱动系统及环境模拟系统，在洞体的内部对具体的实验环境进行模拟；

S3：调整位置调节杆和倾角调节杆以改变底板沿其长度方向的水平位置及倾角，来模拟涨、退潮时海岸线的变化；

S4：对风洞内部的污染物浓度进行实时检测；

S5：关闭驱动系统及环境模拟系统；

S6：对实验体上附着的污染物进行检测；

S7：重复S2～S6所述的步骤，研究污染物对实验体的耦合影响。

8.根据权利要求7中所述的研究沿海周边污染物扩散的风洞的工作方法，其特征在于：还包括步骤S1.1：在水槽底部充入清水或海水。