CN108458850B - 一种用于风蚀设备测试的小型风洞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实验设备技术领域，特别是涉及一种用于风蚀设备测试的小型风洞，包括首尾依次连通且中心轴线重合的降速腔、整流腔、提速腔和实验腔；所述整流腔中设有多个导流网，所述导流网上设有网孔，多个导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线之间的夹角沿着远离降速腔的方向依次变小，呈收缩趋势；所述实验腔中设有输沙器或者风速传感器，所述输沙器的上端呈漏斗状，下端为输沙管道，所述输沙管道安装在距离实验腔末端三分之一处，所述输沙管道伸入实验腔中。本发明体积小，易于拆装，便于携带，既能够为风速传感器的性能测试提供均匀稳定的气流场，又能够进行特定风速下的起沙试验和集沙仪内部风沙的分离试验，满足风蚀设备测试的便携化要求。

Description

一种用于风蚀设备测试的小型风洞
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，特别是涉及一种用于风蚀设备测试的小型风洞。
背景技术
土壤风蚀是干早、半干早地区及部分半湿润地区土地荒漠化的首要环节。严重的土壤风蚀不仅引起土壤质地变粗，结构变坏，土壤肥力下降，可持续生产能力下降，而且也导致沙尘暴、扬沙等天气，污染空气和水质，损坏交通、通信、建筑等设施，影响人类生产健康。目前，围绕着土壤风蚀进行的风洞实验与野外观测已成为生态环境监测的重点项目，野外观测是通过在野外实验场放置风速传感器、集沙仪等设备对风蚀地域的一系列指标进行长期的定位观测，是测试土壤风蚀的最基本方法，可有效揭示土壤风蚀过程的发生、发展和演化规律。
风蚀风洞主要用于模拟自然风及风暴在天然地表上进行风蚀测量的研究，是土壤风蚀研究的重要工具。风蚀风洞不仅在风蚀研究中具有极大的重要性和经济价值，而且也是测试风速传感器、集沙仪等风蚀设备的有力工具。然而，大型风蚀风洞存在造价昂贵、开机成本高、实验段风速稳定性差等缺点，而且体积大、不易拆卸和携带，无法满足测试风蚀设备的便携化需求，因此研制多功能小型便携化风洞是很有必要的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于风蚀设备测试的小型风洞，以满足风速传感器、集沙仪等风蚀设备的便携化测试需求。
本发明采用下述技术方案：一种用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，包括首尾依次连通且中心轴线重合的降速腔、整流腔、提速腔和实验腔；所述整流腔中设有多个导流网，所述导流网上设有网孔，多个导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线之间的夹角沿着远离降速腔的方向依次变小，呈收缩趋势；所述实验腔上安装有输沙器，所述输沙器的上端呈漏斗状，下端为输沙管道，所述输沙器安装在距离实验腔末端三分之一处，所述输沙管道伸入实验腔中。
另一种用于风蚀设备测试的小型风洞，包括首尾依次连通且中心轴线重合的的降速腔、整流腔、提速腔和实验腔；所述整流腔中设有多个导流网，所述导流网上设有网孔，多个导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线之间的夹角沿着远离降速腔的方向依次变小，呈收缩趋势；所述实验腔中设有风速传感器。
进一步，所述风机与降速腔连通，所述降速腔的纵截面轮廓曲线呈指数分布，满足曲线方程f(x)＝ax，其中x表示降速腔截面曲线上某点距离降速腔与风机连接的端口的距离，a为常数，f(x)表示降速腔截面曲线上某点距离降速腔中心轴线的距离。
进一步，所述风机的出气管、降速腔、整流腔、提速腔和实验腔的横截面均呈圆形，通过法兰紧密联接，所述提速腔的轴向尺寸大于降速腔的轴向尺寸。
进一步，所述导流网分为大角度导流网、小角度导流网和水平导流网，多个导流网在整流腔内部等距离排列。
进一步，所述导流网是网孔均匀分布的四边形蜂窝网，大角度导流网和小角度导流网都呈圆锥状结构，大角度导流网和小角度导流网上的网孔呈发散式倾斜，大角度导流网、小角度导流网与水平导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线的夹角逐渐变小，可引导整流腔内部气流的流向。
进一步，大角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角大于30度，小角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角在10-20度之间，水平导流网的网孔轴线与整流腔的轴线夹角为0度。
进一步，所述输沙器上输沙管道的下端口位于实验腔底部。
进一步，所述输沙器上输沙管道的下端口位于实验腔中部。
进一步，所述实验腔的末端插入集沙仪的进气管中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将风机、降速腔、整流腔、提速腔、实验腔、导流网和输沙器组合应用，体积小，重量轻，易于拆装，便于携带，既能够为风速传感器的性能测试提供均匀稳定的气流场，又能够进行特定风速下的起沙试验和集沙仪内部风沙的分离试验，满足风蚀设备测试的便携化要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的气体流向的原理示意图；
图3为本发明中水平导流网的结构示意图；
图4为本发明中大角度导流网及小角度导流网的结构示意图。
图中，1、风机；2、降速腔；3、整流腔；4、提速腔；5、实验腔；6、大角度导流网；7、小角度导流网；8、水平导流网；9、输沙器；10、输沙管道。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本申请的一种典型实施方式，如图1所示，图1是小型风洞的结构示意图，可以看出，一种用于风蚀设备测试的小型风洞，包括风机1、降速腔2、整流腔3、提速腔4、实验腔5、大角度导流网6、小角度导流网7、水平导流网8和输沙器9。所述风机1是小型风洞的气流源，与降速腔2相连，整流腔3位于降速腔2和提速腔4之间，实验腔5与提速腔4相连，位于风洞的末端，大角度导流网6、小角度导流网7和水平导流网8安装在整流腔3内部，输沙器9安装在实验腔5上端。
降速腔2的纵向轮廓曲线呈指数分布，即满足指数曲线方程f(x)＝ax，其作用是：避免壁面对气流流动的干扰，减小气流在降速时的能量损失，保证气流在提速腔4提速时达到预期效果。输沙器9上端呈漏斗状，下端是输沙管道，安装在距离实验腔5末端1/3处的正上方，用于输送沙尘；输沙管道的直径可选择，用于控制风沙试验时的输沙速度。
图2是小型风洞的剖面原理示意图，可以看出，风机1出气管、降速腔2、整流腔3、提速腔4和实验腔5保持较高的同轴度，其作用是：减小气流流动时的能量损失。降速腔2轴向尺寸短，提速腔4轴向尺寸长，是降速腔2的2倍多，从降速到提速呈现出快速扩散、缓慢收缩的趋势，其作用是：将气流先快速扩散，再缓慢提速，可实现高速紊乱气流的快速降速和均匀气流的稳步提速。实验腔5的横截面直径均等且大于10cm，可通过调整其横截面积与风机1出气管横截面积的比值来控制实验腔5内的气流速度，能够更好地适应不同级别的风速传感器的性能测试。输沙器9的下端口(即输沙器下端输沙管道的端口)位置可调，其作用是：下端口位于实验腔5底部时，可进行特定风速下的起沙试验；下端口位于实验腔5中部时，可进行集沙仪内部风沙的分离试验；输沙器9可拆卸，当输沙器9替换成风速传感器时，可进行风速传感器的性能测试。
图3-4为小型风洞的导流网示意图，可以看出，大角度导流网6、小角度导流网7和水平导流网8安装在整流腔3内部，等距离依次排列，其作用是：对降速腔2扩散降速后气流的流向起引导作用，保证气流在整流腔内部的均匀性。这三种导流网是网孔均匀分布的四边形蜂窝网，大角度导流网6结构呈圆锥状，其网孔为发散式倾斜，网孔轴线与风洞轴线的夹角大于30度；小角度导流网7结构也呈圆锥状，其网孔也为发散式倾斜，网孔轴线与风洞轴线的夹角介于10至20度之间；水平导流网8的网孔轴线与风洞轴线的夹角为0度；三种导流网的网孔轴线与风洞轴线的夹角逐渐变小，呈收缩趋势，其作用是：引导整流腔3内气流的流向，保证提速腔4内气流的稳步提速。大角度导流网6、小角度导流网7和水平导流网8的网孔轴线与风洞轴线的夹角可调整，其作用是：更好地适应不同速度的气流和不同规格的风机。
本发明中的大角度导流网、小角度导流网以及水平导流网是以导流网中网孔轴线与整流腔轴线的夹角大小来命名的，水平导流网指的是导流网上网孔的轴线水平设置。
工作原理：当使用本装置进行起沙试验和集沙仪内部风沙的分离试验时，在实验腔5上部安装输沙器9，输沙器9的输沙管道10伸入实验腔中，若进行起沙试验需要将输沙管道的下端靠近实验腔下部侧壁，若进行集沙仪内部风沙的分离试验时将实验腔插入集沙仪的进气管中。
当使用本装置进行风速传感器的性能测试室，在实验腔中安装风速传感器(图中未示出)。
然后启动风机，风机中吹出的气体在降速腔进行降速，从降速腔中流出的气体进入整流腔后通过多级导流网进行整流，整流后的气体经提速腔提速流入实验腔。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，包括首尾依次连通且中心轴线重合的降速腔、整流腔、提速腔和实验腔；
所述降速腔的纵截面轮廓曲线呈指数分布，满足曲线方程f(x)＝ax，其中x表示降速腔截面曲线上某点距离风机出口的距离，a为常数，f(x)表示降速腔截面曲线上某点距离降速腔中心轴线的距离；
所述整流腔中设有多个导流网，所述导流网上设有网孔，多个导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线之间的夹角沿着远离降速腔的方向依次变小，呈收缩趋势；
所述导流网分为大角度导流网、小角度导流网和水平导流网，多个导流网在整流腔内部等距离排列；大角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角大于30度，小角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角在10-20度之间，水平导流网的网孔轴线与整流腔的轴线夹角为0度；
所述实验腔上安装有输沙器，所述输沙器的上端呈漏斗状，下端为输沙管道，所述输沙器安装在距离实验腔末端三分之一处，所述输沙管道伸入实验腔中。
2.一种用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，包括首尾依次连通且中心轴线重合的降速腔、整流腔、提速腔和实验腔；
所述降速腔的纵截面轮廓曲线呈指数分布，满足曲线方程f(x)＝ax，其中x表示降速腔截面曲线上某点距离风机出口的距离，a为常数，f(x)表示降速腔截面曲线上某点距离降速腔中心轴线的距离；
所述整流腔中设有多个导流网，所述导流网上设有网孔，多个导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线之间的夹角沿着远离降速腔的方向依次变小，呈收缩趋势；
所述导流网分为大角度导流网、小角度导流网和水平导流网，多个导流网在整流腔内部等距离排列；大角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角大于30度，小角度导流网的网孔轴线与整流腔轴线夹角在10-20度之间，水平导流网的网孔轴线与整流腔的轴线夹角为0度；所述实验腔中设有风速传感器。
3.如权利要求1或2所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述风机与降速腔连通。
4.如权利要求1或2所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述风机的出气管、降速腔、整流腔、提速腔和实验腔的横截面均呈圆形，所述提速腔的轴向尺寸大于降速腔的轴向尺寸。
5.如权利要求1或2所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述导流网是网孔均匀分布的四边形蜂窝网，大角度导流网和小角度导流网都呈圆锥状结构，大角度导流网和小角度导流网上的网孔呈发散式倾斜，大角度导流网、小角度导流网与水平导流网的网孔轴线与整流腔中心轴线的夹角逐渐变小，可引导整流腔内部气流的流向。
6.如权利要求1所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述输沙器上输沙管道的下端口位于实验腔底部。
7.如权利要求1所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述输沙器上输沙管道的下端口位于实验腔中部。
8.如权利要求7所述的用于风蚀设备测试的小型风洞，其特征是，所述实验腔的末端插入集沙仪的进气管中。
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