CN113432824B - 适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，包括机架，机架上安装有原料箱，原料箱的底面上设有落料降雪区，落料降雪区内阵列设有孔径大于雪颗粒模拟物粒径的降雪孔；机架上设有位于原料箱下方的底板，且当底板位于落料降雪区正下方时可完全遮蔽落料降雪区以防止雪颗粒模拟物下落；机架上还设有用于驱动底板从落料降雪区匀速移走从而使铺设在原料箱内的雪颗粒模拟物下落以模拟降雪的底板驱动机构；原料箱内设有用于控制雪颗粒模拟物的铺设厚度并使雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同的导平机构。本发明适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，装置结构简单，使用便捷，能够精确控制降雪量，且在试验区的降雪更加均匀。

Description

适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置

技术领域

本发明涉及一种风洞实验设备，具体的为一种适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置。

背景技术

雪灾和风灾是自然界常见的主要灾害，其影响范围广，出现频率高。风雪联合作用下更是会造成大量经济损失，甚至威胁生命安全。近年来，土木工程领域掀起研究风雪运动的浪潮。降雪是风雪运动风洞实验过程中的重要环节，降雪效果极大影响实验结果，对研究成果的正确合理性有着关键作用。

现有技术中主要有两类在风洞中模拟降雪的方案。第一类是在低温风洞中采用人工造雪装置结合喷射装置模拟降雪。如公开号为CN212585256U的中国专利公开的一种降雪模拟装置及设备，采用先在低温环境下将水结晶成雪花再喷射下落或是直接使水在下落过程中结晶成雪花的模拟降雪方式。但造雪装置和喷射装置价格昂贵，使用环境要求较高，该方案仅适合在低温风洞中使用。

第二类是在常温风洞中直接选择合适的细小颗粒物模拟雪颗粒，然后可采用振动或搅动装置不断振动和搅动，带动雪颗粒模拟物运动，筛选并降落雪颗粒模拟物进行降雪；如公开号为CN108181075A的中国专利公开的一种自然降雪风洞模拟试验装置，该试验装置虽然可模拟降雪，但仍存在难以实现均匀降雪且需要较长时间的振动或旋转搅动的问题。

公开号为CN108036915A的中国专利公开了一种适用于高流动性颗粒的模拟降雪的风洞实验装置，适用于流动性较大的石英砂等颗粒，包括：送料机构：用于输送模拟降雪的颗粒至落粉机构；落粉机构：由支架以及设置在支架上的落粉组件组成，所述落粉组件包括落粉框架，和设置在落粉框架上并相互贴紧的上底板和下底板，在上底板和下底板上还布置有相互错开的落粉孔洞，所述的上底板与落粉框架相对固定设置，并与其配合形成接受送料机构输送颗粒的落粉盘，所述的下底板还由驱动件连接并驱动沿上底板平面移动；移测机构：设置在落粉机构旁并用于测量位于落粉机构下方的测量区域的颗粒堆积高度。该适用于高流动性颗粒的模拟降雪的风洞实验装置虽然在一定程度上也可以模拟降雪，但仍存在以下不足：

1)仅适用于石英砂等流动性较大的颗粒，若颗粒流动性不足，则可能无法通过上底板和下底板之间的落粉孔洞下落；

2)由于对颗粒的流动性要求较高，且颗粒需要经过上底板和下底板两层的落粉孔洞才可下落，落粉孔洞之间的颗粒下落量不等，也即在特定区域的降雪量不均匀，同时还存在降雪速度慢的问题；

3)结构复杂，需要单独设置送料机构等附属设备，导致结构复杂体积大，在风洞场景中的使用受到限制；

4)难以精确定量降雪量，主要原因有两点：

①由于颗粒采用送料机构输送至落粉机构，且落粉机构的上底板和下底板的落粉孔洞对颗粒的流动性要求较高，导致一些落粉孔洞内的颗粒存在滞留甚至堵塞，也即落粉机构内的颗粒可能并没有完全落下，再者送料机构的进料管等部件处会残留大量颗粒，这些均会导致落下的颗粒的量无法精确控制；

②由于其采用移测机构直接测量颗粒堆积高度，当测量区内为斜面时，颗粒堆积高度在测量区内存在变化，无法精确测量；再者即便测量区内为水平面，当测量得到颗粒堆积高度达到设定值后，停止落粉时需要驱动下底板相对于上底板移动，此时滞留在落粉孔洞内的颗粒以及还未落下的颗粒均会继续落下，导致颗粒堆积高度变化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，能够精确控制降雪量，且在试验区的降雪更加均匀。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，包括机架，所述机架上安装有用于铺设模拟降雪的雪颗粒模拟物的原料箱，所述原料箱的底面上设有落料降雪区，所述落料降雪区内阵列设有孔径大于所述雪颗粒模拟物粒径的降雪孔；

所述机架上设有位于所述原料箱下方的底板，所述底板与所述原料箱的底面平行并贴合在所述原料箱的底面上，且当所述底板位于所述落料降雪区正下方时可完全遮蔽所述落料降雪区以防止所述雪颗粒模拟物下落；所述机架上还设有用于驱动所述底板从所述落料降雪区匀速移走从而使铺设在所述原料箱内的所述雪颗粒模拟物下落以模拟降雪的底板驱动机构；

所述原料箱内设有用于控制所述雪颗粒模拟物的铺设厚度并使雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同的导平机构。

进一步，所述导平机构包括位于水平方向的导平板，所述导平板的两端分别设有支撑板，两块所述支撑板分别位于所述原料箱的左右两侧，且两块所述支撑板均与所述原料箱之间滑动配合并使所述导平板可在所述原料箱的前后两端之间移动以导平所述雪颗粒模拟物使所述雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同。

进一步，所述导平板与两块所述支撑板之间分别设有用于调节所述导平板的高度的导平高度调节机构。

进一步，所述导平高度调节机构包括设置在所述支撑板上的竖直安装槽，所述导平板的端部设有与所述竖直安装槽配合的安装螺栓。

进一步，所述竖直安装槽的侧壁上设有用于测量所述导平板的高度的刻度，用于控制实现不同降雪厚度。

进一步，所述原料箱的两侧分别设有位于其前后两端之间的导轨，所述支撑板与对应的导轨之间滑动配合。

进一步，所述导轨为设置在所述原料箱底面两侧边缘的凹槽，所述支撑板的底部设有与所述凹槽配合的第一滚轮。

进一步，所述机架上设有分别位于所述底板下方两侧的两块导向轨道，所述底板与所述导向轨道之间滑动配合，所述导向轨道的长度大于所述底板在前后方向上的长度以及所述落料降雪区在前后方向上的长度之和。

进一步，所述底板的底面上设有与所述导向轨道之间滚动配合的第二滚轮。

进一步，所述底板驱动机构包括分别位于所述导向轨道两端的两个定滑轮，所述机架上与所述定滑轮一一对应设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有与其同步转动的绕线盘，所述绕线盘上缠绕有拉索，所述拉索绕过对应的所述定滑轮后与所述底板相连。

本发明的有益效果在于：

本发明的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，通过将用于模拟降雪的雪颗粒模拟物铺设在原料箱内，并在原料箱底部设置落料降雪区，利用导平机构控制原料箱内铺设的雪颗粒模拟物的厚度到设定值，同时使雪颗粒模拟物均匀分布；初始状态下，底板位于落料降雪区的正下方并完全遮蔽落料降雪区；模拟降雪时，利用底板驱动机构将底板从落料降雪区匀速移走，雪颗粒模拟物通过落料降雪区内的降雪孔下落至位于原料箱下方的试验区内，实现模拟降雪的技术目的，并具有以下优点：

1)结构简单，占用体积小，可适用于风洞等场景；

2)通过在降雪前就控制雪颗粒模拟物在原料箱内的铺设厚度来控制降雪量，相较于现有技术中通过在降雪过程中来测量降雪量的方式，降雪量的控制更加精确；

3)通过导平机构使雪颗粒模拟物在原料箱内均匀分布，使用时控制落料降雪区的区域大于试验区的区域，从而可使位于落料降雪区下方的试验区内的降雪量均匀分布，相较于现有技术，降雪更加均匀可控；

4)降雪孔的孔径大于雪颗粒模拟物的粒径，雪颗粒模拟物直接穿过降雪孔即可下落以模拟降雪，相较于现有技术中雪颗粒模拟物需要穿过多个孔洞的方式，可使雪颗粒模拟物迅速下落，快速模拟降雪，且雪颗粒模拟物不会因为与降雪孔之间的卡涩问题而存在滞留问题，所有降雪孔内的雪颗粒模拟物下落量更加均匀，进一步提高了降雪均匀性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为图3的C详图。

附图标记说明：

1-机架；2-原料箱；3-落料降雪区；4-降雪孔；5-底板；6-导平板；7-支撑板；8-竖直安装槽；9-安装螺栓；10-导轨；11-第一滚轮；12-导向轨道；13-第二滚轮；14-定滑轮；15-驱动电机；16-拉索；17-挂钩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置实施例的结构示意图。本实施例适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，包括机架1，机架1上安装有用于铺设模拟降雪的雪颗粒模拟物的原料箱2，原料箱2的底面上设有落料降雪区3，落料降雪区3内阵列设有孔径大于雪颗粒模拟物的粒径的降雪孔4。本实施例的降雪孔4为设置在落料降雪区3内的网孔，网孔孔径较大，网丝直径远小于网孔孔径，可使降雪孔4的面积之和在落料降雪区3内的占比更大，从而提高降雪速率以及降低网丝对降雪的影响。

本实施例的机架1上设有位于原料箱2下方的底板5，底板5与原料箱2的底面平行并贴合在原料箱2的底面上，且当底板5位于落料降雪区3正下方时可完全遮蔽落料降雪区3以防止雪颗粒模拟物下落；机架1上还设有用于驱动底板5从落料降雪区3匀速移走从而使铺设在原料箱2内的雪颗粒模拟物下落以模拟降雪的底板驱动机构。本实施例的机架1上设有分别位于底板5下方两侧的两块导向轨道12，底板5与导向轨道12之间滑动配合，导向轨道12的长度大于底板5在前后方向上的长度以及落料降雪区3在前后方向上的长度之和，如此，当底板5从落料降雪区3正下方向后移动至导向轨道12的后端时，可使落料降雪区3完全露出。优选的，底板5的底面上设有与导向轨道12之间滚动配合的第二滚轮13。本实施例的底板驱动机构包括分别位于导向轨道12两端的两个定滑轮14，机架1上与定滑轮14一一对应设有驱动电机15，驱动电机15的输出轴上设有与其同步转动的绕线盘，绕线盘上缠绕有拉索16，拉索16绕过对应的定滑轮14后与底板5相连。具体的，底板5的前后两端分别设有挂钩17，拉索16挂在挂钩17上。使用时，使两个驱动电机15同步同向转动，在拉索16及定滑轮14的作用下，可驱动底板5沿着导向轨道12前后移动，具体的，本实施例的底板5沿着导向轨道12匀速移动，提高降雪均匀度。

本实施例的原料箱2内设有用于控制雪颗粒模拟物的铺设厚度并使雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同的导平机构。本实施例的导平机构包括位于水平方向的导平板6，导平板6的两端分别设有支撑板7，两块支撑板7分别位于原料箱2的左右两侧，且两块支撑板7均与原料箱2之间滑动配合并使导平板6可在原料箱2的前后两端之间移动以导平雪颗粒模拟物使雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同。导平板6起到导平位于原料箱2内铺设的雪颗粒模拟物的上表面的作用，且本实施例的导平板6与两块支撑板7之间分别设有用于调节导平板6的高度的导平高度调节机构。本实施例的导平高度调节机构包括设置在支撑板7上的竖直安装槽8，导平板6的端部设有与竖直安装槽8配合的安装螺栓9，通过调节导平板6在竖直安装槽8内的安装位置，可实现调节导平板6高度的技术目的，从而可以控制雪颗粒模拟物的铺设厚度。本实施例的竖直安装槽8的侧壁上设有用于测量导平板6的高度的刻度，便于测量和控制，同时方便使导平板6的两端位于同一个高度上。

进一步，本实施例的原料箱2的两侧分别设有位于其前后两端之间的导轨10，支撑板7与对应的导轨10之间滑动配合。本实施例的导轨10为设置在原料箱2底面两侧边缘的凹槽，支撑板7的底部设有与凹槽配合的第一滚轮11。

本实施例适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置的使用方法如下：

1、安装、调节装置

(1)将装置组装安置于试验目标区域(也即测试区)正上方，保证原料下落后能完全覆盖目标试验区域。

(2)根据试验降雪厚度的需要，调节原料箱中导平板6到目标高度并用螺栓9固定在支撑板7上。

(3)连接驱动电机15电源，并调节底板5到初始位置，也即落料降雪区5的正下方。

2、雪颗粒模拟物铺平

将雪颗粒模拟物原料放置到原料箱2中，随后往返多次水平移动导平板6，保证雪颗粒模拟物均匀地平铺在原料箱2中；多余的雪颗粒模拟物原料从原料箱2边缘处回收。

3、降雪

启动驱动电机15，底板5匀速运动，原料箱2中雪颗粒模拟物通过降雪孔4下落到试验目标区域，形成均匀降雪。

4、复位

启动驱动电机15，将底板5复位到初始位置。

本实施例的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，通过将用于模拟降雪的雪颗粒模拟物铺设在原料箱内，并在原料箱底部设置落料降雪区，利用导平机构控制原料箱内铺设的雪颗粒模拟物的厚度到设定值同时使雪颗粒模拟物均匀分布；初始状态下，底板位于落料降雪区的正下方并完全遮蔽落料降雪区；模拟降雪时，利用底板驱动机构将底板从落料降雪区匀速移走，雪颗粒模拟物通过落料降雪区内的降雪孔下落至位于原料箱下方的测量区内，实现模拟降雪的技术目的，并具有以下优点：

1)结构简单，占用体积小，可适用于风洞等场景；

2)通过在降雪前就控制雪颗粒模拟物在原料箱内的铺设厚度来控制降雪量，相较于现有技术中通过在降雪过程中来测量降雪量的方式，降雪量的控制更加精确；

3)通过导平机构使雪颗粒模拟物的厚度在原料箱内均匀分布，使用时保证落料降雪区的区域大于试验区的区域，从而可使位于落料降雪区下方的试验区内的降雪量均匀分布，相较于现有技术，降雪更加均匀可控；

4)降雪孔的孔径大于雪颗粒模拟物的粒径，雪颗粒模拟物直接穿过降雪孔即可下落以模拟降雪，相较于现有技术中雪颗粒模拟物需要穿过多个孔洞的方式，可使雪颗粒模拟物迅速下落，且雪颗粒模拟物不会因为与降雪孔之间的卡涩问题而存在滞留问题，所有降雪孔内的雪颗粒模拟物下落量更加均匀，进一步提高了降雪均匀性。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：包括机架(1)，所述机架(1)上安装有用于储存模拟降雪的雪颗粒模拟物的原料箱(2)，所述原料箱(2)的底面上设有落料降雪区(3)，所述落料降雪区(3)内阵列设有孔径大于所述雪颗粒模拟物粒径的降雪孔(4)；

所述机架(1)上设有位于所述原料箱(2)下方的底板(5)，所述底板(5)与所述原料箱(2)的底面平行并贴合在所述原料箱(2)的底面上，且当所述底板(5)位于所述落料降雪区(3)正下方时可完全遮蔽所述落料降雪区(3)以防止所述雪颗粒模拟物下落；所述机架(1)上还设有用于驱动所述底板(5)从所述落料降雪区(3)匀速移走从而使储存在所述原料箱(2)内的所述雪颗粒模拟物下落以模拟降雪的底板驱动机构；所述机架(1)上设有分别位于所述底板(5)下方两侧的两块导向轨道(12)，所述底板(5)与所述导向轨道(12)之间滑动配合，所述导向轨道(12)的长度大于所述底板(5)在前后方向上的长度以及所述落料降雪区(3)在前后方向上的长度之和，所述底板驱动机构包括分别位于所述导向轨道(12)两端的两个定滑轮(14)，所述机架(1)上与所述定滑轮(14)一一对应设有驱动电机(15)，所述驱动电机(15)的输出轴上设有与其同步转动的绕线盘，所述绕线盘上缠绕有拉索(16)，所述拉索(16)绕过对应的所述定滑轮(14)后与所述底板(5)相连；

所述原料箱(2)内设有用于控制所述雪颗粒模拟物的铺设厚度并使雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同的导平机构；所述导平机构包括位于水平方向的导平板(6)，所述导平板(6)的两端分别设有支撑板(7)，两块所述支撑板(7)分别位于所述原料箱(2)的左右两侧，且两块所述支撑板(7)均与所述原料箱(2)之间滑动配合并使所述导平板(6)可在所述原料箱(2)的前后两端之间移动以导平所述雪颗粒模拟物使所述雪颗粒模拟物分布均匀、铺设厚度相同。

2.根据权利要求1所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述导平板(6)与两块所述支撑板(7)之间分别设有用于调节所述导平板(6)的高度的导平高度调节机构。

3.根据权利要求2所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述导平高度调节机构包括设置在所述支撑板(7)上的竖直安装槽(8)，所述导平板(6)的端部设有与所述竖直安装槽(8)配合的安装螺栓(9)。

4.根据权利要求3所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述竖直安装槽(8)的侧壁上设有用于测量所述导平板(6)的高度的刻度。

5.根据权利要求1所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述原料箱(2)的两侧分别设有位于其前后两端之间的导轨(10)，所述支撑板(7)与对应的导轨(10)之间滑动配合。

6.根据权利要求5所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述导轨(10)为设置在所述原料箱(2)底面两侧边缘的凹槽，所述支撑板(7)的底部设有与所述凹槽配合的第一滚轮(11)。

7.根据权利要求1所述的适于风洞快速均匀降雪的降雪模拟装置，其特征在于：所述底板(5)的底面上设有与所述导向轨道(12)之间滚动配合的第二滚轮(13)。

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