CN109632245A - 一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，包括：依次连接的动力段、分流段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；其中：所述动力段上连通设置有旁路段，所述旁路段前端与动力段的入口端连通，所述旁路段后端与动力段出口端连通并在连通处设置分流门；当所述分流门在开启状态时，动力段中的气流可进入所述旁路段；所述旁路段内设置有旋转截流门，旋转截流门用于控制主通道气流进入所述旁路段中的流量，使主通道中的气流速度快速变化，从而达到在所述试验段形成大小变化的阵风。本发明通过控制旋转门的旋转速度，从而改变试验段阵风变化的速度。采用本发明的阵风风洞，能够产生阵风。

Description

一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞

技术领域

本发明涉及风工程技术领域，尤其涉及一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞。

背景技术

边界层风洞，在风工程领域的研究中起着越来越重要的作用。边界层风洞具有模拟大气边界层流动的能力，能为研究大气污染物的扩散规律以及大跨度桥、高层建筑、塔等许多其他独特结构的安全设计研究提供技术支持。

边界层风洞按照气流的流动方向又可以分为吹出式风洞和吸入式风洞:吹出式风洞是以风机吹出的气流作为风洞的流动介质;而吸入式风洞则是通过风叶机片旋转形成的低压区,将空气吸入形成气流。两种类型的风洞应用范围都很广,但具体应用领域又有所不同,吸入式风洞由于风机在洞体末端,只能进行绕流、流场测定等非扬沙的风洞试验;而吹出式风洞不仅可以进行上述非扬沙风洞试验,还可以进行沙粒的起动风速、输沙率等扬沙试验。

然而，对于一些极端气象事件（诸如阵风锋、飓风等）非稳态气流占据主导作用时，普通边界层风洞缺少模拟这些事件瞬变效应的能力。因此，需要一种能产生阵性风效果的大气边界层风洞。

大气中的湍流，一般来说湍流尺度越大，那么湍流的频率就越低；尺度越大的障碍物产生的湍流尺度越大。常规大气边界层风洞通过尖劈和粗糙元产生的湍流，尖劈和粗糙元的尺度一般在0.1m左右，所以产生的湍流频率比较高。而实际大气中因为有高楼大厦、山坡、树林等尺度较大的障碍物的存在，所以湍流中低频部分的能量不容忽视，所以有必要在风洞中产生尺度较大、频率较低的脉动风，这样才能够跟真实的大气更吻合，这就是我们阵风风洞的设计意义。

目前，能产生阵性风效果的大气边界层风洞也可以称之为阵风风洞，一般是采用机械摆动机构或者调整风机转速来产生阵风。未见对风洞旁路进行设计的，因此，目前的阵风风洞无法完全模拟出大气边界层中的随机阵风。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提出一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，以产生阵风。

为解决上述问题，现提出的方案如下：

一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，包括：依次连接的动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；其中：

所述动力段上连通设置有旁路段，旁路段前端与动力段的入口端连通并在连通处设置分流门，旁路段后端与动力段出口端连通；当所述分流门在开启状态时，所述动力段中的气流可进入旁路段；所述旁路段内设置有旋转截流门，旋转截流门用于调控主通道进入旁路段中的气流流量，使主通道中的气流流量变化，从而在所述试验段形成阵风。

本发明进一步设计在于，

所述旋转截流门包括：用于带动截流门转动的旋转轴；和对称连接在旋转轴两侧的弧形片。

所述旋转截流门的旋转轴采用传动齿轮与电机传动。

所述旋转截流门与旁路段安装处的截面相适配，并留有旋转间隙。

所述旁路段包括两组，且对称连接于所述动力段的两侧。

所述旁路段对应旋转截流门安装处采用矩形直管，或局部变径的矩形直管，或局部外凸弧形变径结构。

所述旁路段包括：

用于与所述动力段连通的前拐角段和后拐角段，前拐角段和后拐角段内设有导流片；

和，连通所述前拐角段和后拐角段、且与所述动力段同轴向的旁路主段；

其中，所述旋转截流门设置于所述旁路主段内部。

所述动力段、所述分流段、所述扩散段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述旁路段为全钢结构。

所述旋转截流门的控制方式包括：调控齿轮机电系统中带动连接于所述旋转截流门的旋转轴，实现控制所述旋转截流门的旋转。

所述分流门的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述分流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述分流门的旋转。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明设计一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，一般在动力段上两侧设置对称的两路旁路段，达到将主通道气流进行分流的效果。旁路段一端连接在动力段的出口端（也可称为分流段）并在互通处设置有分流门，借助分流门的打开得以实现气流从主通道分流到旁路段的目的。

旁路段的另一端与动力段的入口端连通。旁路段内设置有旋转截流门，其弧形片旋转运动使得旁路段的阻塞面积发生改变，进而使流经旁路段内的气流流量产生变化，当主通道部分气流分流入旁路段后回流至动力段上游，使得主通道进入试验段的气流量产生变化，从而在试验段中形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度。

此外，当分流门关闭时，即是关闭旁路段的分流效果。动力段气流沿着主通道流经试验段以及试验段上游的稳定收缩段时，阵风风洞为常规定常流速风洞。

附图说明

下面结合附图，对发明作进一步的描述：

图1为本发明实施例中风洞的三维结构简图；

图2为本发明实施例中风洞的二维结构简图（也作摘要附图）；

图3是本发明实施例中风洞旁路部分的切面二维结构简图；

图4是本发明实施例中风洞旁路旋转截流门打开状态简图之一；

图5是本发明实施例中风洞旁路旋转截流门闭合状态简图之一；

图6是本发明实施例中风洞旁路旋转截流门打开状态简图之二；

图7是本发明实施例中风洞旁路旋转截流门闭合状态简图之二；

其中：101-动力段；102-分流段；103-扩散段；104-稳定收缩段；105-试验段；106-出口扩散段；107-旁路段；108-合流门；109-风扇；110-前端风机罩子；111-后端风机罩子；112-止旋片；113-旋转截流门；114-拐角前段；116-拐角后段；117-阻尼网；118-旋转轴；119-弧形片；120-旁路主段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

请参阅图1和图2，本发明实施例的阵风风洞包括：

依次连接的动力段101、扩散段103、稳定收缩段104、试验段105和出口扩散段106；具体的，上述各个独立的功能段可通过焊接或者螺接而成的一个整体风洞。其中：动力段101上连通设置有旁路段107，旁路段107与动力段101连通处设置有分流门108。旁路段一端连接在动力段的出口端（也可称为分流段102）并在互通处设置有分流门，借助分流门的打开得以实现气流从主通道分流到旁路段的目的。旁路段的另一端与动力段的入口端连通。

可选地，为了保证阵风风洞的结构稳定性，动力段101、分流段102、扩散段103、稳定收缩段104、试验段105、出口扩散段106和旁路段107均为全钢材料制作。

其中，请参阅图3，动力段101中设置有风机罩子、风机、风扇109、止旋片112。风扇109位于风机的前端。基于风扇109位置以及气流流向将风机罩子分为前端风机罩子110和后端风机罩子111。后端风机罩子111内侧安装有风机。后端风机罩子111外侧设置有止旋片112。

请参阅图3，旁路段107与动力段101连通处设置的分流门108可以绕动力段101的轴线转动，实现开闭。分流门108在关闭状态下，阵风风洞为常规定常流速风洞，即动力段101中的风扇109产生的气流直接流经分流段102、扩散段103、稳定收缩段104、试验段105和出口扩段106。分流门108在开启状态下，动力段101中的风扇109产生的部分气流经过分流门108处进入旁路段107；旁路段107内设置有旋转截流门113，旋转截流门用于改变旁路段的阻塞面积，进而使流经旁路段内的气流流量产生变化，当主通道部分气流分流入旁路段后回流至动力段上游，使得主通道进入试验段的气流量产生变化，从而在试验段中形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度。

如图4和图5所示，旋转截流门包括：用于带动截流门转动的旋转轴118和对称连接在旋转轴两侧的弧形片119。所述旋转截流门与旁路段安装处的截面相适配，并留有旋转间隙。

为了保证主通道中流场的均匀度，旁路段107设置为两个，并对称设置在动力段101的两侧，以使两侧的旁路段107分流一致，减少因气流分配不均引起主通道均匀差的问题。

旁路段对应旋转截流门安装处局部外凸弧形变径结构（可以采用外凸的2个半圆结构）。旋转截流门的规格可以根据需调节风量大小的要求进行设计。

本发明实施例中，动力段上设置有旁路段，达到将主通道气流进行分流的效果。旁路段与分流段的互通处设置有分流门，借助分流门的打开得以实现气流从主通道分流到旁路段的目的。旁路段内设置有旋转截流门，旋转截流门用于改变旁路段的阻塞面积，进而使流经旁路段内的气流流量产生变化，当主通道部分气流分流入旁路段后回流至动力段上游，使得主通道进入试验段的气流量产生变化，从而在试验段中形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度。当变化气流流入试验段时，配合试验段入口铺设的小方块达到模拟出更接近自然风的阵风效果。

本发明实施例的阵风风洞在运行时，风机带动风扇转动得以产生气流，气流沿着主通道流经旁路段与分流段互通处时，液压系统通过联动机构控制分流门打开使得部分气流进入旁路段。同样通过液压联动控制旋转截流门的旋转，使旁路段的阻塞面积发生变化，进而使流经旁路段内的气流流量产生变化。当主通道部分气流分流入旁路段后回流至动力段上游，使得主通道进入试验段的气流量产生变化，从而在试验段中形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度。当变化气流流入试验段时，配合试验段入口铺设的小方块达到模拟出更接近自然风的阵风效果。

此外，分流门关闭时，气流没有再进入旁路段内循环。阵风风洞转化成常规定常风速直流吹式风洞。

实施例二：

在本实施例中，如图3所示，可选地旁路段107包括：拐角前段114、旁路主段120、拐角后段116。其中前拐角段114和后拐角段116均用于连通动力段101；旁路主段120的一端连通前拐角段114，另一端连通后拐角段116，且旁路主段120与动力段101同轴向。并且，旋转截流门113设置于旁路主段120内部。

实施例三：

在本实施例中，如图3 所示，可选地拐角前段114和拐角后段116均设置了导流片，用于引导气流和减少气流因流向骤变引起的能量损失。当分流门108打开时，拐角前段114将分流的气流光滑引入到旁路主段120，减少气流能量的损失。旁路主段120与动力段101轴向相互平行，旁路主段120内设的旋转截流门113，使主通道中的气流速度快速变化产生阵风。再通过拐角后段116回流入动力段101。

实施例四：

本实施例中，参见图6和图7所示 ，可选地，旁路段对应旋转截流门安装处采用矩形直管，不变径，旋转截流门113包括：旋转轴118和弧形片119，弧形片119的端部设置在可旋转的旋转轴119上。

实施例五：

本实施例中，可选地，旁路段对应旋转截流门安装处采用局部变径矩形直管，即在旋转截流门安装位置采用口径变大的矩形结构。

实施例六：

本实施例中，具体尺寸可以设计如下：

阵风风洞总体长度60.5m；

试验段2.5m*2m*16m（长）；

动力段φ5.1m*9.1m（长）；

旁路段1.7m*4.5m*15.7m（长）。

实施例七：

本实施例中，可选地，旋转截流门113的控制方式包括：调控齿轮电机系统带动连接于所述旋转截流门113的齿轮传动，实现控制所述旋转截流门113的开闭。

可选地，所述旋转截流门的旋转轴通过伺服电机传动。本实施例中，可选地，分流门108的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述分流门108的机械连杆的机械运动，实现控制所述分流门108的开闭。

实施例八：

本实施例中，可选地，动力段的后端风机罩子111上的止旋片112可以作为支架，起到支撑风机和风扇109以及罩子的作用。

可选地，后端风机罩111子外侧沿风机径向上设置多个止旋片112。

实施例九：

请参与图2和图3所示，本实施例可选地，介于扩散段与收缩段之间的等径向段设置有蜂窝器115和阻尼网117，用于将上游不稳定的气流整流成小涡的气流。

实施例十：

可选地，本申请的另一实施例中调控旋转截流门113和分流门108的液压系统安装在阵风风洞的外侧。液压系统的控制终端也位于阵风风洞的外侧。此外，控制终端还通过变频器用于控制动力段风机的转速。

Claims (10)

1.一种带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，包括：依次连接的动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；其特征在于，其中：

所述动力段上连通设置有旁路段，旁路段前端与动力段的入口端连通并在连通处设置分流门，旁路段后端与动力段出口端连通；当所述分流门在开启状态时，所述动力段中的气流可进入旁路段；所述旁路段内设置有旋转截流门，旋转截流门用于调控主通道进入旁路段中的气流流量，使主通道中的气流流量变化，从而在所述试验段形成阵风。

2.根据权利要求2所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旋转截流门包括：用于带动截流门转动的旋转轴；和对称连接在旋转轴两侧的弧形片。

3.根据权利要求3所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旋转截流门的旋转轴采用传动齿轮与电机传动。

4.根据权利要求3所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旋转截流门与旁路段安装处的截面相适配，并留有旋转间隙。

5.根据权利要求1-4任一所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旁路段包括两组，且对称连接于所述动力段的两侧。

6.根据权利要求5所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旁路段对应旋转截流门安装处采用矩形直管，或局部变径的矩形直管，或局部外凸弧形变径结构。

7.根据权利要求5所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旁路段包括：

用于与所述动力段连通的前拐角段和后拐角段，前拐角段和后拐角段内设有导流片；

和，连通所述前拐角段和后拐角段、且与所述动力段同轴向的旁路主段；

其中，所述旋转截流门设置于所述旁路主段内部。

8.根据权利要求7所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述动力段、所述分流段、所述扩散段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述旁路段为全钢结构。

9.根据权利要求8中所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述旋转截流门的控制方式包括：调控齿轮机电系统中带动连接于所述旋转截流门的旋转轴，实现控制所述旋转截流门的旋转。

10.根据权利要求9中所述的带旁路旋转门直流吹式阵风风洞，其特征在于，所述分流门的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述分流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述分流门的旋转。