CN107860547A - 一种综合环境风洞模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合环境风洞模拟装置，应用在环境风洞模拟装置领域，包括顺次设置的动力段、雪花发生段和测试段，动力段内设有风机；雪花发生段前后端周向设有内侧带若干喷嘴的液氮喷环和水雾喷环，液氮喷环与液氮源管连接，水雾喷环通过水雾发生器与水源管连接；测试段内设有承载实验模型的平台，平台下方连有震动发生器，上方设有淋雨装置；淋雨装置通过压力泵与水源连接。当前有单独模拟风雪环境、暴风雨环境或地震环境的风洞，但缺少能够模拟综合环境的风洞试验系统，不能对风雪地震、暴风雨地震共同作用的极端恶劣、但又真实存在的环境进行风洞模拟。本发明可解决上述问题，具有重大的实际意义和理论研究价值。

Description

一种综合环境风洞模拟装置

技术领域

本发明属于环境风洞模拟装置领域，具体涉及一种综合环境风洞模拟装置。

背景技术

风雪、暴风雨、地震均是会对建筑或桥梁结构造成破坏性影响的恶劣环境，尤其是多种环境综合作用时，毁灭性更大。风雪环境，会造成诸如大跨结构屋盖积雪的不均匀分布，很容易引起结构局部失稳从而导致整体坍塌破坏；暴风雨环境，会造成如建筑侵蚀或根基松动失稳的情况；地震环境，其造成的破坏性不言而喻。在局部区域发生地震时，空气中会增加大量的粉尘、微粒；地震巨大的冲击波也不断向空中释放能量，扰动震区上空的空气，使震区上空大量的凝结核与水汽分子不断碰撞，形成暴雨，若天气寒冷，则会降雪。

当前对于环境的风洞实验装置有单独模拟风雪环境、暴风雨环境或地震环境的，但缺少能够模拟综合环境的风洞试验系统，因此不能对风雪地震、暴风雨地震共同作用的极端恶劣，但又真实存在的环境进行风洞模拟。目前仅限于基于经典假设的数值模拟分析，使得数值模拟方法的可靠性及精确性还有待商榷，同时也限制了数值模拟方法的发展。

因此，有必要研究出一种综合环境风洞模拟装置，提出合理的抗风雪地震、暴风雨地震的设计方法，提高结构在极端恶劣环境中的安全性，其具有重大的实际意义和理论研究价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种综合环境风洞模拟装置，以模拟风雪地震、暴风雨地震综合环境对建造或桥梁的影响。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种综合环境风洞模拟装置，包括顺次设置的动力段、雪花发生段和测试段，所述动力段内设有风机；所述雪花发生段前后端周向设有内侧带若干喷嘴的液氮喷环和水雾喷环，所述液氮喷环与液氮源管连接，所述水雾喷环通过水雾发生器与水源管连接；所述测试段内设有承载实验模型的平台，所述平台下方连有震动发生器，上方设有淋雨装置；所述淋雨装置通过压力泵与水源连接。

优选的，所述震动发生器包括底座及六个伸缩筒，每个伸缩筒上下两端均设有分别与平台和底座连接的万向铰链。

优选的，所述伸缩筒为电动缸、油缸或气缸中任意一种。

优选的，所述淋雨装置包括与压力泵连通的管板和与管板连通并设置在其下方的若喷头；所述管板中部通过万向球铰支座与测试段上壁连接，管板四边通过电动伸缩杆与测试段上壁连接。

优选的，还包括顺次设置在动力段和雪花发生段之间的扩散段和稳定段；所述扩散段内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段内径相同；所述稳定段内径与雪花发生段内径相同。

优选的，所述稳定段和雪花发生段内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒。

优选的，还包括设置在雪花发生段和测试段之间的混合收缩段；所述混合收缩段内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段内径相同。

优选的，所述平台通过皮革套与测试段下壁密封连接。

优选的，所述测试段入口处设有温度风量检测器。

优选的，所述风机上设有风力控制阀；所述液氮源和水源出口处分别设有液氮控制阀和水源控制阀。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可实现模拟并测试风雪地震、暴风雨地震综合环境对建造或桥梁的影响。

2、本发明震动发生器可带动平台做六自由度方向的运动，能更完整模拟地震波，如纵波、横波、面波，使本装置地震模拟情况更加真实。

3、本发明压力泵可通过对降水压力的增加，真实的模拟雨水由高空自由落地加速落向地面时所具有的冲量状态。

4、本发明采用的扩散段、稳定段和混合收缩段可使气流及风速更加稳定。

5、本发明采用的温度风量检测器及多个控制阀，可实现对风雪流量及温度的调控，根据实验人员的实用需求，设定风洞输入环境的条件值更为灵活。

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为本发明整体结构示意图；

图2为M区域局部放大示意图；

图3为N区域局部放大示意图。

附图中标记如下：动力段1、风机11、风力控制阀111、雪花发生段2、液氮喷环21、水雾喷环22、喷嘴23、液氮源24、液氮控制阀241、水雾发生器25、水源26、水源控制阀261、来福线套筒27、测试段3、实验模型31、平台32、皮革套33、温度风量检测器34、震动发生器4、底座41、伸缩筒42、万向铰链43、淋雨装置5、管板51、喷头52、万向球铰支座53、电动伸缩杆54、压力泵6、扩散段7、稳定段8、混合收缩段9。

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。

如图1～3，一种综合环境风洞模拟装置，包括顺次设置的动力段1、雪花发生段2和测试段3，所述动力段1内设有风机11；所述雪花发生段2前后端周向设有内侧带若干喷嘴23的液氮喷环21和水雾喷环22，所述液氮喷环21与液氮源24管连接，所述水雾喷环22通过水雾发生器25与水源26管连接；所述测试段3内设有承载实验模型31的平台32，所述平台32下方连有震动发生器4，上方设有淋雨装置5；所述淋雨装置5通过压力泵6与水源26连接。本发明的使用情况如下。

风雪地震模式：将实验模型31放置于平台32上，打开动力段1内的风机11，在风洞内形成稳定的气流，液氮被输送至液氮喷环21，经喷嘴23喷出，水经过水雾发生器25被雾化后，被输送至水雾喷环22，经喷嘴23喷出。此处输送液氮和水可根据使用需要增添加压装置，以保证喷射效果。

本发明采用液氮进行快速制雪，液态的氮气，是惰性不活泼的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低。通过风机鼓风，使液氮喷嘴喷出的低温氮气从雪花发生段2的前端高速流动到后端的水雾喷环22处，喷嘴23喷淋出来的水雾与高速流动的低温氮气快速热交换形成雪花。同时，打开震动发生器4模拟地震的强度和频率对于其连接的平台32进行作用，可根据使用需求，在震动发生器上接入控制模块，并与外部控制系统连通交互，实现对地震强度和频率的调节。

暴风雨地震模式：将实验模型31放置于平台32上，打开动力段1内的风机11，在风洞内形成稳定的气流，打开震动发生器4模拟地震的强度和频率对于其连接的平台32进行作用，同时，打开淋雨装置5对实验模型31上方施以降水，压力泵6可通过对降水压力的增加，真实的模拟雨水由高空自由落地加速落向地面时所具有的冲量状态。当然，此时雪花发生段内各制雪机构处于不工作状态。

进一步的，本实施例采用的震动发生器4包括底座41及六个伸缩筒42，每个伸缩筒42上下两端均设有分别与平台32和底座41连接的万向铰链43。该设计可使震动发生器4带动平台32做六自由度方向的运动，能更完整模拟地震波，如纵波、横波、面波，使本装置地震模拟情况更加真实。

进一步的，本实施例采用的伸缩筒42可为电动缸、油缸或气缸中任意一种，只要能实现自动伸缩即可。

进一步的，本实施例采用的淋雨装置5包括与压力泵6连通的管板51和与管板连通并设置在其下方的若喷头52；所述管板中部通过万向球铰支座53与测试段上壁连接，管板四边通过电动伸缩杆54与测试段上壁连接，图2中因为视图原因只展示了两个边的两个电动伸缩杆。管板51可在四边的电动伸缩杆的配合推动作用下，并在万向球铰支座53对中心的点固定下，做一定范围内的面转动，从而实现对喷头52喷出的降雨作用于实验模型31角度的调节，使降雨作用过程更为真实。

进一步的，本实施例所述综合环境风洞模拟装置，还包括顺次设置在动力段1和雪花发生段2之间的扩散段7和稳定段8；所述扩散段7内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段8内径相同；所述稳定段8内径与雪花发生段2内径相同。扩散段7可使风机采入的高速高压气流得以适当降压，稳定段8可保证进入雪花发生段2的气流稳定，使风量风速稳定性更好。

进一步的，本实施例采用的稳定段8和雪花发生段2内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒27，其可使风机带入的气流高速旋转，形成高速涡旋风，使液氮与水雾的混合更为均匀，两者接触更充分，制雪反应更迅速。来福线套筒27可为铝制或铜制。

进一步的，本实施例所述综合环境风洞模拟装置，还包括设置在雪花发生段2和测试段3之间的混合收缩段9；所述混合收缩段9内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段3内径相同。混合收缩段9可使液氮与水作用形成雪花的过程更稳定，同时也使雪花与气流的混合更加均匀，输送至测试段的风雪也能在内径缩小的混合收缩段作用下适当加压，使风雪更加强劲集中。

进一步的，本实施例采用的平台32通过皮革套33与测试段3下壁密封连接。因平台32在震动发生器4模拟地震情况下做不规则运动，同时需要避免风雪或降雨对震动发生器4的侵扰，采用皮革套33进行连接，在保证密封型良好的同时，因其具有一定的冗余让性，又不致于干扰平台32的随机运动。

进一步的，本实施例采用的测试段3入口处设有温度风量检测器34。其可检测风洞中风雪的温度及风量大小。

进一步的，本实施例采用的风机11上设有风力控制阀111；所述液氮源24和水源26出口处分别设有液氮控制阀241和水源控制阀261。可通过外部控制处理器获取温度风量检测器34的测量数据，并手动或自动调控风力控制阀111、液氮控制阀241、水源控制阀261，实现对风雪流量及温度的调控，温度通过调节水源温度实现，根据实验人员的实用需求，设定风洞输入环境的条件值更为灵活。

当然，根据使用需求，本领域技术人员也可只单独启用其风雪模拟、暴雨模拟、地震模拟功能，因此本套发明装置的适用范围更广，应用前景较传统风洞而言也更高。

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 (10)

1.一种综合环境风洞模拟装置，包括顺次设置的动力段、雪花发生段和测试段，其特征在于：所述动力段内设有风机；所述雪花发生段前后端周向设有内侧带若干喷嘴的液氮喷环和水雾喷环，所述液氮喷环与液氮源管连接，所述水雾喷环通过水雾发生器与水源管连接；所述测试段内设有承载实验模型的平台，所述平台下方连有震动发生器，上方设有淋雨装置；所述淋雨装置通过压力泵与水源连接。

2.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述震动发生器包括底座及六个伸缩筒，每个伸缩筒上下两端均设有分别与平台和底座连接的万向铰链。

3.根据权利要求2所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述伸缩筒为电动缸、油缸或气缸中任意一种。

4.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述淋雨装置包括与压力泵连通的管板和与管板连通并设置在其下方的若喷头；所述管板中部通过万向球铰支座与测试段上壁连接，管板四边通过电动伸缩杆与测试段上壁连接。

5.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：还包括顺次设置在动力段和雪花发生段之间的扩散段和稳定段；所述扩散段内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段内径相同；所述稳定段内径与雪花发生段内径相同。

6.根据权利要求5所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述稳定段和雪花发生段内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒。

7.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：还包括设置在雪花发生段和测试段之间的混合收缩段；所述混合收缩段内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段内径相同。

8.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述平台通过皮革套与测试段下壁密封连接。

9.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述测试段入口处设有温度风量检测器。

10.根据权利要求1所述的综合环境风洞模拟装置，其特征在于：所述风机上设有风力控制阀；所述液氮源和水源出口处分别设有液氮控制阀和水源控制阀。