CN107727353A - 一种出口可调的低温风洞排气烟囱 - Google Patents

一种出口可调的低温风洞排气烟囱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种出口可调的低温风洞排气烟囱，属于风洞的设计技术领域，该低温风洞排气烟囱包括烟囱主体；烟囱主体的顶端依次安装有一与烟囱主体配合且可绕烟囱主体的中心轴旋转的过渡段以及一倾斜角度可调的倾斜出口段；还包括一设置在烟囱主体上方的风向仪以及用于接收风向仪的信息并根据该信息对过渡段和倾斜出口段进行调节的控制系统。过渡段可绕烟囱主体的中心轴进行旋转，倾斜出口段的倾斜角度可调，根据风向仪实时检测到的风速及风向信息，控制系统可以控制过渡段旋转，使得倾斜出口段的排气的水平运动方向与风的水平运动方向一致，同时调节倾斜出口段的排气口在竖直方向上的倾斜角度，实现从风洞中排出的低温氮气的扩散沿程的最大化。

Description

一种出口可调的低温风洞排气烟囱
技术领域
本发明涉及风洞的设计技术领域，具体地说，涉及一种出口可调的低温风洞排气烟囱。
背景技术
低温风洞是大飞机实验的必备大型试验装备，风洞运行时大流量低温氮气排放到大气环境中，对周围环境造成潜在的危险。低温氮气通过烟囱排放到环境中，会和周围的环境空气混合，发生传热传质，低温氮气的温度会慢慢升高，大量的氮气也会被稀释，但由于低温氮气的密度要大于环境空气，低温氮气在环境中的扩散过程中会发生沉降，若是沉降到地面时，氮气的温度还是较低，可能会导致地面人员面临低温冻伤的危害，若是氮气未被稀释充分，地面人员将有缺氧窒息的危险。因此，如何避免低温风洞的低温氮气沉降到地面引发冻伤及缺氧的危害，是风洞在设计中需要解决的。
目前，低温风洞排气使用的烟囱，与日常生活中常见的烟囱相似，外形近似竖直的细长圆柱形状，通过这种类型的烟囱排放的低温氮气，离开烟囱出口时是竖直向上的，若无风，则整体在竖直向下的方向上运动，若有风，则会在顺着环境空气移动的方向，以近似环境风的速度向下风方向扩散。在有风的情况下，能更好地避免低温氮气沉降到地面进而造成危害，其原因在于：假设无论是否有风，低温氮气都将沉降到地面，相对于无风状态，有风状态下的低温氮气在到达地面之前，运动经过的沿程更大，这就使得低温氮气能与更多的环境空气进行传热传质，从而使得氮气在沉降到地面时温度更接近环境温度，氮气也能被更充分得稀释。
因此，本发明需要解决的问题是如何增大氮气在排放过程中的沿程。
发明内容
本发明的目的为提供一种出口可调的低温风洞排气烟囱，可增大从风洞中向外排放的氮气的沿程。
为了实现上述目的，本发明提供的出口可调的低温风洞排气烟囱包括烟囱主体；烟囱主体的顶端依次安装有一与烟囱主体配合且可绕烟囱主体的中心轴旋转的过渡段以及一倾斜角度可调的倾斜出口段；还包括一设置在烟囱主体上方的风向仪以及用于接收风向仪的信息并根据该信息对过渡段和倾斜出口段进行调节的控制系统。
上述技术方案中，过渡段可绕烟囱主体的中心轴进行旋转，倾斜出口段的倾斜角度可调，即排气角度可调，根据风向仪实时检测到的风速及风向信息，控制系统可以控制过渡段旋转，使得倾斜出口段的排气的水平运动方向与风的水平运动方向一致。同时调节倾斜出口段的排气口在竖直方向上的倾斜角度，从而使得在实际风向、风速及排气速度一定的条件下，实现从风洞中排出的低温氮气的扩散沿程的最大化。倾斜排放的低温氮气的扩散沿程大于垂直向上排放的情况，有利于避免低温氮气沉降对地面人员造成危害。
为了防止烟囱主体与过渡段之间因旋转而造成的磨损，并导致漏气的现象，具体的方案为烟囱主体的顶端设置有一下旋转基座，过渡段的底端设置有一上旋转基座；上旋转基座与下旋转基座同轴并相对密封旋转配合。
进一步具体的方案为风向仪设置在上旋转基座一侧，风向仪随上旋转基座一起旋转可以更灵敏地检测到风向变化，并快速地将信息传递给控制系统。
为了使倾斜出口段的倾斜角度方便调节，另一个具体的方案为过渡段和倾斜出口段为直筒状；过渡段与倾斜出口段间设有一折弯波纹管。作为优选，折弯波纹管内设有支撑机构，用于控制折弯角度，即控制倾斜出口段的倾斜角度。
更具体的方案为折弯波纹管一侧设有转动轴，该侧的折弯波纹均固定在转动轴上；另一侧的折弯波纹处于可调状态。设置转动轴的目的是为了使折弯波纹管的结构更加稳定，不致于在调整完了过渡轴的旋转角度后因倾斜出口段在倾斜过程中可能进行的微小旋转导致氮气的扩散沿程缩短。
另一个更具体的方案为折弯波纹管的两端为刚性材料，分别与过渡段的出口端及倾斜出口段的入口端固定连接；中间部分为金属波纹管。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的出口可调的低温风洞排气烟囱，其倾斜出口段可增加低温氮气排放后沉降到地面过程中的扩散沿程，并可根据不同的风向、风速及排气速率改变倾斜出口段的倾斜角及水平朝向，从而使低温氮气的扩散沿程最大化。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中个附图标记为：
1、烟囱主体；2、下旋转基座；3、上旋转基座；4、过渡段；5、折弯波纹管；6、倾斜出口段；7、转动轴；8、风向仪。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1，出口可调的低温风洞排气烟囱包括之下而上依次连接的烟囱主体1、下旋转基座2、上旋转基座3、过渡段4、折弯波纹管5以及倾斜出口段6，还包括设置在上旋转基座3上用于实时测量风速和风向的风向仪及用于接收风向仪的信息并根据该信息对过渡段4和倾斜出口段进行调节的控制系统。
其中，下旋转基座2设置在烟囱主体1的顶端并与烟囱主体1固定连接；上旋转基座3设置在过渡段4的底端并与过渡段4固定连接；上旋转基座3与下旋转基座2同轴并相对旋转配合。过渡段4与倾斜出口段6为直筒状，折弯波纹管5设置在过渡段4与倾斜出口段6之间，折弯波纹管5的两端为刚性材料，分别与过渡段4的出口端及倾斜出口段6的入口端固定连接，中间部分为金属波纹管。
在折弯波纹管5的一侧设有一转动轴7，该侧的折弯波纹均固定在转动轴7上；另一侧的折弯波纹处于可调状态。折弯波纹管5可绕转动轴7转动一定角度。倾斜出口段6的倾斜角度随着折弯波纹管5的旋转而变化。
本实施例的工作过程为：
风向仪8实时测量当地的风速和风向并将测量到的信息发送给控制系统，控制系统接收到信息后对上旋转基座3进行调节，直至倾斜出口段6的排气的水平运动方向与风的水平运动方向一致，同时根据风速及排气速率调节折弯波纹管5绕转动轴7转动，优化倾斜出口段5的倾斜角度，使得在实际风向、风速及排气速率条件下的低温氮气扩散沿程最大化。
倾斜排放的低温氮气的扩散沿程大于垂直向上排放的情况，更有利于避免低温氮气沉降对地面人员造成危害。由于倾斜排放的低温氮气的沉降过程不同于抛物过程，低温氮气在扩散过程中，不断和环境空气混合，低温氮气和环境空气的密度差一直在变，因此不同的风速及排气速率条件下的最优倾斜角是不同的。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种出口可调的低温风洞排气烟囱，包括烟囱主体(1)，其特征在于：
所述烟囱主体(1)的顶端依次安装有一与烟囱主体(1)配合且可绕烟囱主体(1)的中心轴旋转的过渡段(4)以及一倾斜角度可调的倾斜出口段(6)；
还包括一设置在所述烟囱主体(1)上方的风向仪(8)以及用于接收风向仪(8)的信息并根据该信息对所述过渡段(4)和倾斜出口段(6)进行调节的控制系统。
2.根据权利要求1所述的低温风洞排气烟囱，其特征在于：
所述的烟囱主体(1)的顶端设置有一下旋转基座(2)，所述的过渡段(4)的底端设置有一上旋转基座(3)；
所述上旋转基座(3)与所述下旋转基座(2)同轴并相对密封旋转配合。
3.根据权利要求2所述的低温风洞排气烟囱，其特征在于：
所述的风向仪(8)设置在所述的上旋转基座(3)一侧。
4.根据权利要求1所述的低温风洞排气烟囱，其特征在于：
所述的过渡段(4)和所述的倾斜出口段(6)为直筒状；
所述过渡段(4)与所述倾斜出口段(6)间设有一折弯波纹管(5)。
5.根据权利要求4所述的低温风洞排气烟囱，其特征在于：
所述的折弯波纹管(5)一侧设有转动轴(7)，该侧的折弯波纹均固定在所述转动轴(7)上；另一侧的折弯波纹处于可调状态。
6.根据权利要求4所述的低温风洞排气烟囱，其特征在于：
所述的折弯波纹管(5)的两端为刚性材料，分别与所述的过渡段(4)的出口端及所述的倾斜出口段(6)的入口端固定连接；中间部分为金属波纹管。
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