CN111587707A - 研究生物对风沙的反应行为的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置,包括管道系统、送风系统、加热系统、加沙系统、除尘系统和测量系统;管道系统包括依次连通的进料管段、观测管段和出料管段,至少观测管段是透明的;送风系统用于向进料管段入口风速可调的正压送风;加热系统用于对送风系统进风口或出风口温度可调的加热;加沙系统用于向进料管段下游速度可调的加入沙子;除尘系统用于收集出料管段出口处的沙子;测量系统用于测量管道系统内部的风速和温度;观测管段设有取放生物的取放口,取放口和加沙系统的加沙口均带有封堵件。该装置能够模拟真实的沙漠环境,有助于推进沙漠生物仿生学的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种风沙环境模拟实验台,具体涉及一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置。
背景技术
冲蚀磨损是指流体携带固体颗粒以一定角度和速度冲击靶材表面而发生材料损耗的现象。当管道、旋转机械等设备运行在含沙条件下时,沙粒会对过流部件表面造成严重的冲蚀磨损,使装置的性能下降,造成经济损失,甚至引发安全事故。近年来,仿生学者发现生活于沙漠中的生物体表几乎没有任何损伤,应用仿生学方法增强部件抗磨损特性的思路逐渐引起学者关注,研究表明简单的仿生结构形态均可以改善试件的耐磨性能。这些研究结果为仿生抗磨损研究提供了良好的支撑。
现有的研究工作主要是以生物标本为研究对象、重点关注生物标本的表面结构特征,展开仿生抗磨损研究的。而生物系统是十分复杂的,沙漠生物经过长期的自然进化,除了拥有特殊的体表形态和生理功能以外,在风沙环境中还可能做出特殊的行为反应,可能是这些综合因素使其能够抵抗风沙磨蚀,得以在沙漠环境中生存下来。受沙漠环境和技术条件的限制,目前还无法实现在沙漠中观测沙漠生物在风沙中的行为特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置,该装置能够模拟真实的沙漠环境,有助于推进沙漠生物仿生学的研究。
本发明所采用的技术方案是:
一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置,包括管道系统、送风系统、加热系统、加沙系统、除尘系统和测量系统;管道系统包括依次连通的进料管段、观测管段和出料管段,至少观测管段是透明的;送风系统用于向进料管段入口风速可调的正压送风;加热系统用于对送风系统进风口或出风口温度可调的加热;加沙系统用于向进料管段下游速度可调的加入沙子;除尘系统用于收集出料管段出口处的沙子;测量系统用于测量管道系统内部的风速和温度;观测管段设有取放生物的取放口,取放口和加沙系统的加沙口均带有封堵件。
进一步地,送风系统通过软风管与进料管段入口连通,加沙系统通过软风管与进料管段下游连通。
进一步地,管道系统采用横截面为矩形的管道。
进一步地,观测管段的进风口和出风口各安装有栅栏。
进一步地,进料管段和观测管段均横向,进料管段的入口处设有整流器、下游设有外接加沙系统的接头,出料管段通过弯管向下弯曲后一分为二,一部分继续向下、另一部分横向。
进一步地,送风系统包括风机、驱动风机的电动机和调控电动机的无极调速变频器,风机的出风口与进料管段入口连通。
进一步地,加沙系统包括双螺旋加料器和调控双螺旋加料器的无极调速变频器,双螺旋加料器采用水平给料、竖直布料的结构。
进一步地,加热系统包括加热器和温控箱,加热器的进风口与大气连通、出风口与送风系统进风口连通,加热器的内腔和出风口处各安装有温度传感器且温度传感器与温控箱连接、温度传感器的读数在温控箱上显示,通过温控箱调节加热器从而控制输出空气的温度。
进一步地,除尘系统为罩在出料管段出口处的风布袋。
进一步地,整个实验装置支撑的安装在支架上,支架底部设有带有刹车的脚轮。
本发明的有益效果是:
该装置通过向管道系统送风和加沙,且可调风速、可调温度、可变固相浓度,能够模拟真实的沙漠环境,从而在观测管段对活体沙漠生物的风沙反应、气固两相流运动、颗粒冲蚀磨损机理等进行观察、摄影拍照等可视化研究,有助于推进沙漠生物仿生学的研究;封堵件避免了正压送风时观测管段的漏气以及加沙系统不能正常加沙的缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中观测管段的结构示意图。
图3是本发明实施例中加沙系统的结构示意图。
图中:1-温控箱;2-加热器;3-无极调速变频器;4-温度传感器(加热器内腔);5-风机;6-电动机;7-温度传感器(加热器出风口);8-软风管(进料管段进口);9-整流器;10-双螺旋加料器;11-加沙口;12-封堵件(加沙口);13-取放口;14-管道系统;15-风布袋(横向);16-横向出风口;17-竖向出风口;18-风布袋(竖向);19-电子温度计;20-脚轮(带刹车);21-支架;22-封堵件(取放口);23-栅栏;24-软风管(进料管段下游);25-风速仪;26-无极调速变频器(双螺旋加料器)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示,一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置,包括管道系统14、送风系统、加热系统、加沙系统、除尘系统和测量系统;管道系统14包括依次连通的进料管段、观测管段和出料管段,至少观测管段是透明的(可以只是观测管段是透明,也可以进料管段、观测管段和出料管段都是透明的,材料优选有机玻璃);送风系统用于向进料管段入口风速可调的正压送风;加热系统用于对送风系统进风口或出风口温度可调的加热;加沙系统用于向进料管段下游速度可调的加入沙子;除尘系统用于收集出料管段出口处的沙子;测量系统用于测量管道系统14内部的风速和温度(在本实施例中,测量系统包括安装在观测段的出口附近的电子温度计19和安装在进料管段上的风速仪25,当然测量仪器的安装位置可以根据实际需要更改);观测管段设有取放生物的取放口13,取放口13和加沙系统的加沙口11分别带有封堵件22和12(封堵件22和12可以是通过螺纹连接进行封堵,也可以是弹性堵头进行封堵)。该装置通过向管道系统14送风和加沙,且可调风速、可调温度、可变固相浓度,能够模拟真实的沙漠环境,从而在观测管段对活体沙漠生物的风沙反应、气固两相流运动、颗粒冲蚀磨损机理等进行观察、摄影拍照等可视化研究,有助于推进沙漠生物仿生学的研究;封堵件避免了正压送风时观测管段的漏气以及加沙系统不能正常加沙的缺陷。
如图1所示,在本实施例中,送风系统通过软风管8与进料管段入口连通,加沙系统通过软风管24与进料管段下游连通。软风管8和24具有减振消音的作用,能够降低送风系统和加沙系统的振动对活体生物行为反应的影响。
如图1所示,在本实施例中,管道系统14采用横截面为矩形的管道。矩形管道一方面能够避免成像变形,有利于摄像设备真实记录沙漠生物对风沙的行为反应,另一方面矩形出料口有利于物料均匀分布到管道系统14。
如图2所示,在本实施例中,观测管段的进风口和出风口各安装有栅栏23,可以防止活体生物逃离。
如图1所示,在本实施例中,进料管段和观测管段均横向,进料管段的入口处设有整流器9、下游设有外接加沙系统的接头,出料管段通过弯管向下弯曲后一分为二,一部分继续向下、另一部分横向。进料管段和观测管段方便顺风,整流器9用于调整气体的流态,能够稳定管道气流,管道系统14的整体结构便于气体在管内的流动,出料管段方便分离气体和物料。
如图1所示,在本实施例中,送风系统包括风机5、驱动风机的电动机6和调控电动机6的无极调速变频器3,风机5的出风口与进料管段入口连通。送风系统的选择比较多,可以是风机5、空压机等,这里优选风机5,因为成本低,无需过滤,而且在无极调速变频器3的作用下风速连续可调。
如图1和图3所示,在本实施例中,加沙系统包括双螺旋加料器10和调控双螺旋加料器10的无极调速变频器26,双螺旋加料器10采用水平给料、竖直布料的结构。加沙系统的选择比较多,可以是螺旋加料器、分选筛、出口通道可以调的漏斗等,这里优选双螺旋加料器10,不仅实现给料速度的连续可调,而且能实现物料连续、均匀分布到管道系统14。
如图1所示,在本实施例中,加热系统包括加热器2和温控箱1,加热器的2进风口与大气连通、出风口与送风系统进风口连通,加热器2的内腔和出风口处各安装有温度传感器4和7且温度传感器4和7与温控箱1连接、温度传感器4和7的读数在温控箱1上显示,通过温控箱1调节加热器2从而控制输出空气的温度。加热系统可以对送风系统进风口加热,也可以对送风系统出风口加热,这里优选对送风系统进风口加热,因为不必在进料管道和送风系统之间设置,方便布局和安装。
如图1所示,在本实施例中,除尘系统为罩在出料管段出口16和17处的风布袋15和18。风布袋15和18能够有效过滤风速,防止固体颗粒对空气造成污染,并在实验结束后回收试验沙子,简单实用,成本低。
如图1所示,在本实施例中,整个实验装置支撑的安装在支架21上(支架21优选采用不锈钢材质),支架21底部设有带有刹车的脚轮20。能够根据实际实验需求移动实验装置的位置并固定,不受场地限制。
上述实验装置的工作步骤是:
实验开始之前——将风布袋15和风布袋18用绳子分别系在出料管段的横向出风16口和竖向出风口17上;打开加沙口11,将一定量的沙漠沙子加入双螺旋加料器10,加沙结束后,使用封堵件12密封加沙口11;将实验沙漠生物通过取放口13放置在观测段,然后使用封堵件22封堵取放口13;打开风速仪25和电子温度计19,开启无极调速变频器3,调节电动机6的转速来控制风机5出口的风速,打开温控箱1,设置实验温度,当电子温度计19和风速仪25的读数稳定为所预期的实验参数时,通过无极调速变频器26开启并调节双螺旋加料器10的加料速度,控制风沙浓度。
上述准备工作完成后,便可通过观测段观察沙漠生物对于风沙的反应行为,在实验运行期间——通过调节温控箱1和无极调速变频器3分别控制实验温度和实验风速,通过调节无极调速变频器26控制风沙浓度。
实验装置温度调节范围:30-40℃,风速调节范围:0-22m/s,加料质量速度范围:0-26kg/h,实验时采取控制变量原则,将沙漠生物对风沙的反应行为与对纯风场的反应行为进行对比。
经过多次控制变量的重复实验,监测数据表明:该实验装置能够有效模拟沙漠风沙环境,并可视化研究沙漠生物对风沙的反应行为。实验观察发现,沙漠生物在风沙环境下的反应行为表现出一定的规律。
实验结束后——关闭无极调速变频器26,停止加沙;若管道系统有沉降的沙子,可通过无极调速变频器3调高风机5的风速,吹净管道系统沉降的沙子;关闭温控箱1,使加热器2停止工作;关闭无极调速变频器3,停止送风;关闭电子温度计19和风速仪25;打开观测段的封堵件22,取出沙漠生物;取下风布袋15和风布袋18,回收实验沙子;若需要移动实验装置,可打开脚轮20的刹车,通过脚轮20移动实验装置至目的地后,再锁定脚轮20的刹车,固定实验装置。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:包括管道系统、送风系统、加热系统、加沙系统、除尘系统和测量系统;管道系统包括依次连通的进料管段、观测管段和出料管段,至少观测管段是透明的;送风系统用于向进料管段入口风速可调的正压送风;加热系统用于对送风系统进风口或出风口温度可调的加热;加沙系统用于向进料管段下游速度可调的加入沙子;除尘系统用于收集出料管段出口处的沙子;测量系统用于测量管道系统内部的风速和温度;观测管段设有取放生物的取放口,取放口和加沙系统的加沙口均带有封堵件。
2.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:送风系统通过软风管与进料管段入口连通,加沙系统通过软风管与进料管段下游连通。
3.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:管道系统采用横截面为矩形的管道。
4.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:观测管段的进风口和出风口各安装有栅栏。
5.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:进料管段和观测管段均横向,进料管段的入口处设有整流器、下游设有外接加沙系统的接头,出料管段通过弯管向下弯曲后一分为二,一部分继续向下、另一部分横向。
6.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:送风系统包括风机、驱动风机的电动机和调控电动机的无极调速变频器,风机的出风口与进料管段入口连通。
7.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:加沙系统包括双螺旋加料器和调控双螺旋加料器的无极调速变频器,双螺旋加料器采用水平给料、竖直布料的结构。
8.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:加热系统包括加热器和温控箱,加热器的进风口与大气连通、出风口与送风系统进风口连通,加热器的内腔和出风口处各安装有温度传感器且温度传感器与温控箱连接、温度传感器的读数在温控箱上显示,通过温控箱调节加热器从而控制输出空气的温度。
9.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:除尘系统为罩在出料管段出口处的风布袋。
10.如权利要求1所述的研究生物对风沙的反应行为的实验装置,其特征在于:整个实验装置支撑的安装在支架上,支架底部设有带有刹车的脚轮。
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