CN109056621A - 冷吹空气流引导雪花定向落点系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，包括感知模块、模拟模块、主机模块和能源模块，感知模块连接模拟模块，模拟模块连接主机模块，该主机模块由能源模块提供能源。本发明通过喷射和吸收中低速冷空气，在一定高度上形成薄而稳定的动态空气层，因速度差，在动态空气层区域会形成相对负压区。当雪花降落在动态空气层影响区域，雪花会被吸引，动态空气层会裹挟雪花产生定向移动，使其偏离原先的落点，使特定区域无法出现雪花堆积，从根本上，在雪花落地前解决高速公路冰雪天气事故隐患。

Description

冷吹空气流引导雪花定向落点系统
技术领域
本发明涉及空气动力学装置技术领域，尤其是一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民对交通运输力的需求与日俱增。随着厄尔尼诺现象的不断增强，我国冬季极端天气频发。其中以冰雪灾害对道路的影响最为严重，造成巨大的交通问题，成为限制我国冬季运输能力发展的重要因素之一。
目前，路面除雪方法有以喷洒工业盐为代表的融解法；以路面加热为代表的熔解法；以铲车为代表的传统机械法；以吹雪车为代表的空气动力法等方式。上述方法虽然被广泛使用，但仍存在很多不足之处：1、融解法浪费工业原料，盐溶解于水后，虽然不会对沥青路面造成损害，但在其他方面具有很多难以克服的缺陷。比如，对道路、桥梁设施及钢筋混凝土构件有损害；破坏绿化、板结土地；盐水的最低工作温度为零下5摄氏度，不能在更低的环境中工作；盐水溶解速度慢，化盐需要用专用设备等。2、熔解法需要加热整个面层，油分随着加热而挥发，降低沥青路面的寿命，存在耗能大、不环保的问题。3、吹雪车造价高昂，仅适用于机场，且其需要喷射初速度大于100m/s的气流才能正常工作，耗能巨大。
综上所述，目前的除雪装置都致力于雪花落地后对其进行处理。但是雪花落地后受地温与压力的双重影响，其几何结构发生突变。清理难度大大提升，且需要封闭交通来除雪。因此申请人提出了在雪花落地前，针对其独特的六角形结构，引导其定向落点的方法，来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种高效节能的实时除雪装置，本装置是一种设计科学、结构合理的冷吹空气流引导雪花定向落点系统。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：包括感知模块、模拟模块、主机模块和能源模块，感知模块连接模拟模块，模拟模块连接主机模块，该主机模块由能源模块提供能源。
而且，所述的感知模块为风速风向自动传感仪，该风速风向自动传感仪为一个或者多个；风速风向自动传感仪布置在主机模块的主机位置，该风速风向自动传感仪通过数据总线与中央计算机连接。
而且，所述的模拟模块采用fluent模拟。
而且，所述的模拟模块为一台工作站级别的计算机或者超级计算机。
而且，所述的工作站级别的计算机或者超级计算机与感知模块中所使用的中央计算机是同一个。
而且，所述模拟模块采用的fluent模拟包括空气-雪二项流模拟的任务、主机内分压舱模拟、主机能耗与供能系统的平衡问题。
而且，所述的主机模块包括壳体、空气管道、风机、分流室和喷射器，风机安装在壳体内部，在风机下方的壳体上连通安装空气管道，该空气管道上均布制出多个进气孔；在风机上方的壳体内设置多个分流室，每个分流室均连通一个喷射器，每个喷射器上均安装一个空气阀，每个喷射器的喷射口均位于壳体外侧。
而且，所述的主机模块中的进气孔布置在道路两侧；喷射器成倒梯形的收口设计。
而且，所述的主机模块为一个或者多个，当主机模块为多个时，相邻的两个主机模块之间设置用于引导具有速度的冲突气流的导流板。
而且，所述的能源模块采用太阳能与风能混合动力系统和国家电网双向连接。
本发明的优点和积极效果是：
1、不伤结构：相比传统的喷洒融雪剂除雪技术，不损耗道路基础结构，不会对绿化带造成损害。
2、功率小：传统的吹雪车需要将空气加速到130m/s才可以将落在机场上的积雪激发起来并随着气流奔向指定位置。经大量风洞模拟证实，如果在接近地面的空气中，雪花晶体在8-10m/s的稳定风速下即可随风较为稳定的定向移动。相比传统的吹雪车，我们利用雪花自身携带的动能，因势利导。它的功率将是传统吹雪车的十分之一；相对于熔雪法，它的耗能只是熔雪法的零头。相对于以上二者，其造价优势明显，运营成本低廉。
3、能源可循环：采用清洁能源供能技术，正常天气下可向电网供电，它是一座不占任何计划外土地的零排放的超级发电厂。冰雪天气当自身供能不足时需要时电网反哺，杜绝化石能源危害。
4、除雪不封路：在雪花落地前对其进行及时处理，从源头杜绝路面结冰。相对于传统的积雪后除雪，不需要封闭交通就可达到除雪效果，因此更具有时效性。
5、雪之引导者(The snow leader)，是一种通过喷射和吸收中低速冷空气，在一定高度上形成薄而稳定的动态空气层，因速度差，在动态空气层区域会形成相对负压区。当雪花降落在动态空气层影响区域，雪花会被吸引，动态空气层会裹挟雪花产生定向移动，使其偏离原先的落点，使特定区域无法出现雪花堆积。即高速公路路面不出现积雪现象，从根本上，在雪花落地前解决高速公路冰雪天气事故隐患。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的主机模块的主视图；
图3是本发明的主机模块的骨架(壳体)布置图；
图4是本发明的主机模块的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，主要包括感知模块、模拟模块、主机模块和能源模块四个部分，以下对其具体结构进行详细说明：
⑴.感知模块整个系统的眼睛，目前我国的天气预报仅仅可以预测大致天气，对每个空间点风向与风力的预测更是无法做到，因此我们为本系统安装了感知模块，该感知模块为风速风向自动传感仪，风速风向自动传感仪为一个或者多个。该风速风向自动传感仪布置在主机模块的主机位置(沿道路两侧适当间隔设置)，该风速风向自动传感仪通过数据总线与中央计算机连接，该中央计算机与模拟模块中所使用的计算机是同一个，每15秒传回一组有效数据，为计算机的运算提供先期保障。该感知模块连接模拟模块。
⑵.模拟模块采用fluent模拟。模拟模块先期由一台工作站级别的计算机来承担，后期大规模应用，则需要专属的超级计算机。其主要担负三项任务：一是空气-雪二项流模拟的任务，二是主机内分压舱模拟，三是主机能耗与供能系统的平衡问题。该模拟模块连接主机模块。
⑶.主机模块包括壳体8、空气管道、风机6、分流室4和喷射器，风机安装在壳体内部，在风机下方的壳体上连通安装空气管道，该空气管道上均布制出多个进气孔7，进气孔布置在道路两侧，这有利于在非工作区域形成负压区，为雪花的定向移动提供次生动力。
在风机上方的壳体内设置多个分流室，即：风机布置在主机内部分流室之下，根据模拟模块传回的数据风机高速旋转，通过高速转动的叶片为分流室提供压缩空气，保证分流室的气压达到模拟的标准。
每个分流室均连通一个喷射器，每个喷射器上均安装一个空气阀，每个喷射器的喷射口5均位于壳体外侧，喷射器成倒梯形的收口设计，使喷出的气流速度更快，方向性更强，气流作用的消散速度越慢。喷射器为均布设置，通常每5°安装一个喷射器。模拟模块连接空气阀，分流室按照模拟量，通过调整空气阀来给喷射器供给不同流量的空气，使装置在耗能最小的情况下对抗不同风向、风速、强度降雪下的冰雪天气。
主机模块可以是一个，也可以是多个。当主机模块为多个时，相邻两个主机模块之间设置导流板3，用于引导具有速度的冲突气流。
该主机模块由能源模块驱动。
⑷.能源模块采用太阳能与风能混合动力系统1和国家电网双向连接。该能源模块与主机模块中风机的电机2连接，为风机提供动力。
本发明的使用方法为：
本发明在作业时，首先传感器收集气象数据，上传超级计算机进行模拟。其次由太阳能风能系统供电，根据传回的数据主机内的风机高速旋转，在进气口的非工作区域形成负压区域，经过分流室的调节，在喷射器处形成中速气流层，裹挟雪花向定向移动。(这样“一推一拉”大大提高了能源利用率)。雪花因此无法落在道路上，大雪封路从此成为过去式。

Claims (10)

1.一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：包括感知模块、模拟模块、主机模块和能源模块，感知模块连接模拟模块，模拟模块连接主机模块，该主机模块由能源模块提供能源。
2.根据权利要求1所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的感知模块为风速风向自动传感仪，该风速风向自动传感仪为一个或者多个；风速风向自动传感仪布置在主机模块的主机位置，该风速风向自动传感仪通过数据总线与中央计算机连接。
3.根据权利要求1所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的模拟模块采用fluent模拟。
4.根据权利要求3所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的模拟模块为一台工作站级别的计算机或者超级计算机。
5.根据权利要求3所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的工作站级别的计算机或者超级计算机与感知模块中所使用的中央计算机是同一个。
6.根据权利要求3所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述模拟模块采用的fluent模拟包括空气-雪二项流模拟的任务、主机内分压舱模拟、主机能耗与供能系统的平衡问题。
7.根据权利要求1所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的主机模块包括壳体、空气管道、风机、分流室和喷射器，风机安装在壳体内部，在风机下方的壳体上连通安装空气管道，该空气管道上均布制出多个进气孔；在风机上方的壳体内设置多个分流室，每个分流室均连通一个喷射器，每个喷射器上均安装一个空气阀，每个喷射器的喷射口均位于壳体外侧。
8.根据权利要求7所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的主机模块中的进气孔布置在道路两侧；喷射器成倒梯形的收口设计。
9.根据权利要求1所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的主机模块为一个或者多个，当主机模块为多个时，相邻的两个主机模块之间设置用于引导具有速度的冲突气流的导流板。
10.根据权利要求1所述的一种冷吹空气流引导雪花定向落点系统，其特征在于：所述的能源模块采用太阳能与风能混合动力系统和国家电网双向连接。
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