CN109632247A - 一种带有排流段的直流吸式阵风风洞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有排流段的直流吸式阵风风洞，包括：依次连接的稳定收缩段、试验段、扩散段、动力段和出口扩散段；其中所述出口扩散段一端与外界连通另一端连接动力段，所述动力段另一端与扩散段连接，所述动力段与扩散段连接处水平位置左右两边设置有排流段，并在连通处设置有排流门，所述排流段内设置有排流风机；当所述排流门处于开启状态时，排流段的排流风机开始运行与动力段风机同时以抽吸方式将主通道试验段的气流向外界排出，增加了主通道试验段流向扩散段的气流速度，同时通过对排流风机进行变频控制，或者分组控制，可以使试验段形成风速大小变化的阵风。
Description
技术领域
本发明涉及风工程技术领域，尤其涉及一种带有排流段的直流吸式阵风风洞。
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。
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。
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。风洞有吸式和吹式的，目前的吸式风洞中，未见有较好阵风风洞设计，能够较好地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：
一种带有排流段的直流吸式阵风风洞，包括：依次连接的稳定收缩段、试验段和动力段；其中：与动力段同轴向设置有排流段，排流段前端连接在动力段的上游，后端与外界连通，所述排流段与动力段连通处设置有排流门，所述排流段内设置有排流风机；当所述排流门处于开启状态时，排流段的排流风机以抽吸方式分流动力段的气流，并通过排流风机的变频控制在试验段形成阵风。
优选地，所述排流段设置两组，且对称设置于所述动力段的两侧。
优选地，所述排流段与动力段长度相当，排流段与动力段出气口基本平齐。
优选地，两组排流段内设置有多组排流风机，各组风机分别配置有变频控制器。
优选地，每组排流段内多组排流风机布置在排流段同一截面内。
优选地，所述排流段后端与出口扩散段平齐。
优选地，所述动力段、所述分流段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述排流段为全钢结构。
优选地，所述排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排流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述排流门的开闭。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
本发明阵风风洞的在动力段上设置有排流段，达到将主通道气流进行排流的效果。排流段与动力段的互通处设置有排流门，借助排流门的打开得以实现气流从主通道分流到排流段的目的。排流段内设置有排流风机，排流风机可采用变频风机，通过风机变频控制，从而在试验段形成阵风，并能够真实模拟出大气边界层的阵风。
排流段的排流风机开始运行与动力段风机同时以抽吸方式将主通道试验段的气流向外界排出，增加了主通道试验段流向扩散段的气流速度，同时通过对排流风机进行变频控制，或者分组控制，可以使试验段形成风速大小变化的阵风。
此外，当排流门为关闭时，即是关闭排流段的排流效果。气流沿着主通道流经试验段以及试验段上游的稳定压缩段时，阵风风洞为常规定常流速风洞。
附图说明
图1为本发明实施例公开一种阵风风洞的结构简图；
图2是本发明实施例公开的阵风风洞的结构简图；（也作摘要附图）
图3是本发明实施例公开的排流段部分切面的结构简图；
图4是本发明实施例公开的排流段内排流风机排布示意图；
其中：101-动力段；104-稳定收缩段；105-试验段；106-出口扩散段；109-风扇；110-前端风机罩子；111-后端风机罩子；112-止旋片；114-排流门；115-排流段；116-排流风机；120-蜂窝器；121-阻尼网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
实施例一：
本发明实施例提出一种带有排流段的直流吸式阵风风洞，以实现产生阵风。请参阅图1和图2，该阵风风洞包括：
依次连接的稳定收缩段104、试验段105、动力段101，动力段的后部采用扩口结构，即口扩散段106；具体的，上述各个独立的功能段可通过焊接或者螺接而形成的一个整体风洞。其中：动力段101上连通设置有排流段115，排流段115与动力段101连通处设置有排流门114。可选地，为了保证阵风风洞的结构稳定性，稳定收缩段104、试验段105和动力段101（包括出口扩散段106）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。
其中，请参阅图3，为了保证主通道中流场的均匀度，排流段115设置为两个，并对称设置在动力段101的两侧，以使两侧的排流段115排流一致，减少因气流分配不均引起主通道流场均匀度差的问题。排流段与动力段同轴设置，排流段115的长度与动力段长度相当，排流段前端连接在动力段的上游，后端出气口与外界连通，以便于气流平稳排出。
排流段115设置了排流风机116，用于引导气流和减少气流因流向骤变引起的能量损失。当排流门114打开时，分流的气流引入到排流段115，减少气流能量的损失。排流段115与动力段101轴向相互平行，排流段115内设的排流风机116，使主通道中的气流速度快速变化排出风洞。
请参阅图3，排流段115与动力段101连通处设置的排流门114可以采用平行式门，通过沿动力段101平移可实现门的开闭。排流门114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稳定收缩段104、试验段105、动力段101及其出口扩散段106。排流门114在开启状态下，在动力段101中的风扇109产生的吸力作用下，以及排流段中风机的吸力作用下，部分气流经过排流门114进入排流段115；由排流段115内设置有排流风机116，将排流段中的气流排出风洞。主气流在动力段风机作用下，由动力段排出。
风机带动风扇转动得以产生气流，气流沿着主通道流经排流段与动力段互通处时，液压系统通过联动机构控制排流门打开使得部分气流进入排流段。同样通过控制排流段排流风机的变频，进而改变流经排流段内的气流形成的阵风。气流沿着主通道流经铺设有小方块的试验段以及试验段上游的稳定收缩段时，凸起的小方块（模拟障碍物的粗糙元）和尖劈改变气流流场的走向，从而产生更接近自然界的阵风。
当排流门关闭时，气流没有再进入排流段内排出。阵风风洞转化成常规定常风速直流吸式风洞。
实施例二：
为了简单化系统结构，排流段115也可以只设置为一组，在排流段内的风机吸引下部分气流经排流门进入排流段115，通过对排流段内风机进行变频控制，实现排流段对动力段的分流，从而在风洞内形成阵风。
实施例三：
在本实施例中，如图4所示，可选设计为：排流段115设置了排流风机116，每侧排流段内设置2排共12台风机，用于引导气流和减少气流因流向骤变引起的能量损失，使主通道中的气流速度快速变化排出风洞。排流段的12台风机布置在同一截面中，而且基本布满排流段一个截面内。
多风扇控制说明： 通过控制风机组的旋转速度使得试验段的气流量得到高低频率的改变。
依次控制：通过控制排风机组的各行运行的情况。当第一行的排风机组运行开始后依次运行第二行、第三行（当有多行时）直至所有排风机组全部开启，使扩散出口段气流向外界排放量依次减少，从而使试验段的风速产生大小变化。通过排风机组运行数量的多少变化时速度从而改变试验段阵风大小变化的速度。
实施例四：
在本实施例中，带有排流段的直流吸式阵风风洞，可设计尺寸如下：
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）。
实施例五：
本实施例中，可选设计为：排流段前端连接在动力段的上游，后端与外界连通，且排流段后端与与出口扩散段平齐。
实施例六：
本实施例中，可选设计为：排流门114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排流门114的机械连杆的机械运动，实现控制所述排流门108的开闭。
本实施例中，可选设计为：排流门114的移动方式为平移式，对应动力段和排段相应位置设有线型滚动导轨副，实现排流门114的开关。
实施例七：
本实施例中，可选设计为：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。
实施例八：
请参与图2，本实施例中，可选设计为：稳定收缩段的等径向段设置有蜂窝器120和阻尼网121，用于将上游不稳定的气流整流成小涡的气流。
实施例九：
本实施例中，调控排流门114的液压系统和排流风机116的变频控制器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 (8)
1.一种带有排流段的直流吸式阵风风洞，包括：稳定收缩段、试验段、动力段和出口扩散段；其特征在于，与动力段同轴向设置有排流段，排流段前端连接在动力段的上游，后端与外界连通，所述排流段与动力段连通处设置有排流门，所述排流段内设置有排流风机；排流段的排流风机开始运行时，与动力段风机同时以抽吸方式将主通道试验段的气流向外界排出，并通过对排流风机的变频控制或者对排流风机的分组控制，在试验段形成阵风。
2.根据权利要求1所述的带有排流段的直流吸式阵风风洞，其特征在于，所述排流段设置两组，且对称设置于所述动力段的两侧。
3.根据权利要求2所述的带有排流段的直流吸式阵风风洞，其特征在于，两组排流段内设置有多组排流风机，各组风机分别配置有变频控制器。
4.根据权利要求1-3任一所述的带有排流段的直流吸式阵风风洞，其特征在于，每组排流段内多组排流风机布置在排流段同一截面内。
5.根据权利要求4所述的阵风风洞，其特征在于，所述排流段与动力段长度相当。
6.根据权利要求4所述的阵风风洞，其特征在于，所述排流段后端与出口扩散段平齐。
7.根据权利要求4所述的阵风风洞，其特征在于，所述动力段、所述分流段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述排流段为全钢结构。
8.根据权利要求1所述的阵风风洞，其特征在于，所述排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排流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述排流门的开闭。
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