CN113820091A - 环境风洞及其融冰雪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境风洞及其融冰雪方法，环境风洞包括实验段、动力段、风机系统和换热系统，风机系统设置于动力段内，换热系统用于在风机系统和实验段之间进行热量交换，以冷却风机系统、存储风机系统产生的热量以及利用风机系统产生的热量加热实验段。通过在实验段和风机系统之间设置换热系统，利用环境风洞中的风机系统运行产生的热量对环境风洞实验段底部积雪进行加热，既能够冷却风机系统，又能提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。

Description

环境风洞及其融冰雪方法

技术领域

本发明涉及实验风洞技术领域，具体涉及一种环境风洞及其融冰雪方法。

背景技术

风洞即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。

在进行环境风洞降雪实验后，实验段底部会积聚较多的降雪，现有技术下一般采用自然融化的方式或二次加热的方式进行融雪，采用自然融化的方式时，融雪时间较长，会影响下一步的实验安排；采用二次加热的方式时，不仅需要额外增加加热设备，也进一步消耗能源，造成能源浪费。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

环境风洞降雪试验后，实验段底部会积聚较多的降雪，目前一般采用自然融化的方式或二次加热的方式进行融雪，前者速率较慢，后者消耗大量能源。

进行风洞实验时，风机运转以提供实验所需的循环气流，于此同时，风机也会产生大量的热量，现有技术下给风机降温的方式主要有：风冷(另外增加一套循环风机)，水冷(另外增加一套水冷设备)等，风冷/水冷带走的风机热量一般直接排向环境，不再加以二次利用，造成能源浪费。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种环境风洞及其融冰雪方法。

根据本发明第一方面实施例的环境风洞，包括实验段、动力段和风机系统，所述实验段和所述动力段互相首尾联通，所述风机系统设置于所述动力段内，所述风机系统和所述实验段之间设有换热系统，所述换热系统用于在所述风机系统和所述实验段之间的热量交换，以冷却所述风机系统、存储所述风机系统产生的热量以及利用所述风机系统的热量加热所述实验段。

根据本发明实施例的环境风洞，通过在实验段和风机系统之间设置换热系统，利用环境风洞中的风机系统运行产生的热量对环境风洞实验段底部积雪进行加热，既能够冷却风机系统，又能提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。

根据本发明的一些实施例，所述换热系统包括蓄热组件、散热组件和换热管道，所述蓄热组件用于存储所述风机系统产生的热量，所述散热组件设置于实验段内，所述换热管道连接在所述风机系统、所述蓄热组件和所述散热组件之间。

根据本发明的一些实施例，所述换热管道包括吸热管道和散热管道，所述吸热管道包括第一吸热段和第一散热段，所述第一吸热段设置于所述风机系统内，所述第一散热段设置于所述蓄热组件内；所述散热管道包括第二吸热段和第二散热段，所述第二吸热段设置于所述蓄热组件内，所述第二散热段设置于所述散热组件内。

根据本发明的一些实施例，所述第一散热段邻近所述第二吸热段设置。

根据本发明的一些实施例，所述第一散热段上设置有散热件，所述第二吸热段上设置有吸热件，所述散热件邻近所述吸热件设置。

根据本发明的一些实施例，所述蓄热组件包括蓄热容器和蓄热介质，所述蓄热介质存储于所述蓄热容器内，所述第一散热段和所述第二吸热段均设置于所述蓄热容器内，所述第一散热段和所述第二吸热段浸没在所述蓄热介质中。

根据本发明的一些实施例，所述第二吸热段设置于所述第一散热段上方。

根据本发明的一些实施例，所述换热管道内设置有阀体和泵体，所述阀体用于控制所述换热管道开闭，所述泵体用于驱动所述换热管道内流体流动。

根据本发明的一些实施例，所述换热管道内设置有换热介质，所述换热介质为液体或气体。

根据本发明第二方面实施例的环境风洞融冰雪方法，包括以下步骤：

S10，在风洞的实验段内风洞降雪实验；

S20，冷却所述风洞的风机系统并收集所述风机系统产生的热量；

S30，停止所述风洞降雪实验并利用收集的热量融化所述实验段内的冰雪。

根据本发明实施例的环境风洞融冰雪方法，利用环境风洞中的风机系统运行产生的热量对环境风洞实验段底部积雪进行加热，既能够冷却风机系统，又能提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。

附图说明

图1是根据本发明实施例的环境风洞的示意图，图中换热系统未示出；

图2是图1中环境风洞的截面图；

图3是图1中换热系统处的示意图。

附图标记：

实验段10；动力段20；风机系统21；换热系统30；蓄热组件31；吸热管道321；散热管道322；散热组件33。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图3描述本发明第一方面实施例的环境风洞。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的环境风洞，包括实验段10、动力段20和风机系统21，实验段10和动力段20互相首尾联通形成环形通道，风机系统21设置于动力段20内，风机系统21运转使得环境风洞内的气体流动，风机系统21运转时产生大量热能。风机系统21和实验段10之间设有换热系统30，换热系统30用于在风机系统21和实验段10之间的热量交换，热量交换主要包括两个方面：一是将风机系统21产生的热能传递至实验段10内，以加热实验段10；二是将大量热量从风机系统21处带走，以冷却风机系统21。

根据本发明实施例的环境风洞，通过在实验段和风机系统之间设置换热系统，利用环境风洞中的风机系统运行产生的热量对环境风洞实验段底部积雪进行加热，既能够冷却风机系统，又能提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。

根据本发明的一些实施例，换热系统30包括蓄热组件31、散热组件33和换热管道，蓄热组件31用于存储风机系统21产生的热量，散热组件33设置于实验段10内，用于向实验段10内散发热能，换热管道连接在风机系统21、蓄热组件31和散热组件33之间，换热管道作为风机系统21、蓄热组件31和散热组件33之间的热量交换通道。蓄热组件31能够在实验段10不需要热能且风机系统21运转时，存储风机系统21产生的热能，并在需要时向外输出。设置蓄热组件，能够进一步提高风机系统的热量回收效率。

这里，需要说明的是，对于设有蓄热组件31的环境风洞，风机系统21可通过两条路径向实验段10内传递热量，一是风机系统21产生的热量通过换热系统30直接向实验段10传递，二是风机系统21产生的热量首先传递至蓄热组件31，再由蓄热组件31向实验段10进行传递。

此外，设风机系统21、蓄热组件31和散热组件33的温度分别为T1、T2和T3，显然T1＞T2＞T3，因此热量由风机系统21流向蓄热组件31或热量由蓄热组件31流向散热组件33均是自发进行。

根据本发明的一些实施例，换热管道包括吸热管道321和散热管道322，吸热管道321用于进行风机系统21和蓄热组件31之间的热量交换，散热管道322用于进行蓄热组件31和散热组件33之间的热量交换，吸热管道321和散热管道322均为闭环管道，且吸热管道321和散热管道322互不联通。吸热管道321包括第一吸热段和第一散热段，第一吸热段设置于风机系统21内，用于收集风机系统21散发的热量，第一散热段设置于蓄热组件31内，用于向蓄热组件31传递热量。散热管道322包括第二吸热段和第二散热段，第二吸热段设置于蓄热组件31内，用于收集蓄热组件31内的热量，第二散热段设置于散热组件33内，用于向散热组件33散发热量。

根据本发明的一些实施例，第一散热段邻近第二吸热段设置，以便第一散热段上散发的热量迅速传递至第二吸热段，减少热量在传递过程当中的损耗。例如，第一散热段和第二吸热段均为直线管道，其二者邻近且互相平行；又如，第一散热段和第二吸热段均为螺旋形管道，其二者互相缠绕形成近似于“双螺旋”形结构。

进一步的，第一散热段上设置有散热件，加大第一散热段的散热速率，第二吸热段上设置有吸热件，加大第二吸热段的吸热速率，散热件邻近吸热件设置，以便热量传递并减少损耗。例如，第一散热段上的散热件和第二吸热段上的吸热件均为散热鳍片，第一散热段和第二吸热段上的散热鳍片交错设置；又如，第一散热段上的散热件和第二吸热段上的吸热件均为毛细管，第一散热段和第二吸热段上的毛细管互相交叉、缠绕设置。

根据本发明的一些实施例，蓄热组件31包括蓄热容器和蓄热介质，蓄热介质存储于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段均设置于蓄热容器内，第一散热段和第二吸热段浸没在蓄热介质中。热量传递时，首先由第一散热段传递至蓄热介质中，再由蓄热介质向第二吸热段传递。由于吸热管道321和散热管道322为刚性或柔性管道，二者之间的接触面积有限，在其二者之间增加蓄热介质，能够增大吸热管道321和散热管道322之间的热量传递速率。蓄热介质可以是流体，优选的，例如水、掺杂了有机物的水溶液、导热油等换热液体。

根据本发明的一些实施例，第二吸热段设置于第一散热段上方，由于热量会自发地向上传递，将第二吸热段设置于第一散热段上方，绝大多数第一散热段散发的热量会向上传递至第二吸热段处，能够提高吸热管道321和散热管道322的热量传递效率。优选的，可以将第二吸热段沿着热量流动的方向设置，以增大第二吸热段的吸热效率。

根据本发明的一些实施例，换热管道内设置有阀体和泵体，阀体用于控制换热管道开闭，泵体用于驱动换热管道内流体流动。风机系统21和实验段10之间需要进行热量交换时，阀体和泵体打开，使得换热管道内流体流动并进行热量传递。对于设置有蓄热组件31、吸热管道321和散热管道322的环境风洞，阀体包括吸热阀体和散热阀体，泵体包括吸热泵体和散热泵体，吸热阀体和吸热泵体用于控制吸热管道321内流体的流动，散热阀体和散热泵体用于控制散热管道322内流体的流动。

在风机系统21工作且实验段10内无需加热时，吸热阀体和吸热泵体打开，使得吸热管道321内的流体流动，并通过流体将风机系统21的热量传递至蓄热组件31；同时散热阀体和散热泵体关闭，以避免热量从蓄热组件31传递至散热组件33。

在风机系统21停止工作且实验段10内需要加热时，吸热阀体和吸热泵体关闭，以避免热量从蓄热组件31传递至风机系统21；同时散热阀体和散热泵体打开，并通过流体将蓄热组件31的热量传递至散热组件33。

在风机系统21工作且实验段10内需要加热时，吸热阀体、吸热泵体、散热阀体和散热泵体均打开，使得吸热管道321内的流体流动，并通过流体将风机系统21的热量传递至蓄热组件31，同时通过流体将蓄热组件31的热量传递至散热组件33。

根据本发明的一些实施例，换热管道内设置有换热介质，换热介质为液体或气体。

根据本发明第二方面实施例的环境风洞融冰雪方法，包括以下步骤：

S10，在风洞的实验段内风洞降雪实验；

S20，冷却风洞的风机系统并收集风机系统产生的热量；

S30，停止风洞降雪实验并利用收集的热量融化实验段内的冰雪。

根据本发明实施例的环境风洞融冰雪方法，利用环境风洞中的风机系统运行产生的热量对环境风洞实验段底部积雪进行加热，提高能源利用率，并加快融雪速度，提高实验效率。

下面参考图1至图3以两个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的环境风洞。可以理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

实施例一：

在本实施例中，如图1和图2所示，环境风洞包括实验段10、动力段20和风机系统21，实验段10和动力段20互相首尾联通形成环形通道，风机系统21设置于动力段20内，风机系统21运转使得环境风洞内的气体流动，风机系统21运转时产生大量热能。风机系统21和实验段10之间设有换热系统30，换热系统30用于在风机系统21和实验段10之间的热量交换，热量交换主要包括两个方面：一是将风机系统21产生的热能传递至实验段10内，以加热实验段10；二是将大量热量从风机系统21处带走，以冷却风机系统21。

换热系统30包括换热管道和散热组件33：散热组件33设置于实验段10内，用于向实验段10内散发热能。换热管道包括吸热段和散热段，吸热段设置于风机系统21内或邻近风机系统21设置，以收集风机系统21散发的热量；散热段邻近散热组件33设置，以将热量传递至散热组件33，进而加热实验段10。

可选的，换热管道是两端开口的管道，吸热段处设置进气口，散热段处设置排气口，进气口收集风机系统21周围的热空气，流经换热管道后从排气口排入散热组件33，以提升实验段10内的温度。

可选的，换热管道为闭环管道，其内部设置有换热介质。换热介质流经吸热段时吸收风机系统21散发的热量进行加热，加热后的换热介质流向散热段并向外散发热量，散发热量后的换热介质再流回吸热段进行再次吸热，形成吸热-散热循环。

换热介质为液体或气体，优选的，如水、空气、水蒸气、掺杂了有机物的水溶液、导热油等。

实施例二：

在本实施例中，如图1至图3所示，环境风洞包括实验段10、动力段20和风机系统21，实验段10和动力段20互相首尾联通形成环形通道，风机系统21设置于动力段20内，风机系统21运转使得环境风洞内的气体流动，风机系统21运转时产生大量热能。风机系统21和实验段10之间设有换热系统30，换热系统30用于在风机系统21和实验段10之间的热量交换，热量交换主要包括两个方面：一是将风机系统21产生的热能传递至实验段10内，以加热实验段10；二是将大量热量从风机系统21处带走，以冷却风机系统21。

换热系统30包括蓄热组件31、散热组件33和换热管道，蓄热组件31用于存储风机系统21产生的热量，散热组件33设置于实验段10内，用于向实验段10内散发热能，换热管道连接在风机系统21、蓄热组件31和散热组件33之间，换热管道作为风机系统21、蓄热组件31和散热组件33之间的热量交换通道。

对于本实施例中的环境风洞，风机系统21可通过两条路径向实验段10内传递热量，一是风机系统21产生的热量通过换热系统30直接向实验段10传递，二是风机系统21产生的热量首先传递至蓄热组件31，再由蓄热组件31向实验段10进行传递。

换热管道包括吸热管道321和散热管道322，吸热管道321用于进行风机系统21和蓄热组件31之间的热量交换，散热管道322用于进行蓄热组件31和散热组件33之间的热量交换，吸热管道321和散热管道322均为闭环管道，且吸热管道321和散热管道322互不联通。吸热管道321包括第一吸热段和第一散热段，第一吸热段设置于风机系统21内，用于收集风机系统21散发的热量，第一散热段设置于蓄热组件31内，用于向蓄热组件31传递热量。散热管道322包括第二吸热段和第二散热段，第二吸热段设置于蓄热组件31内，用于收集蓄热组件31内的热量，第二散热段设置于散热组件33内，用于向散热组件33散发热量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种环境风洞，其特征在于，包括实验段、动力段和风机系统，所述实验段和所述动力段互相首尾联通，所述风机系统设置于所述动力段内，所述风机系统和所述实验段之间设有换热系统，所述换热系统用于在所述风机系统和所述实验段之间的热量交换，以冷却所述风机系统、存储所述风机系统产生的热量以及利用所述风机系统的热量加热所述实验段。

2.根据权利要求1所述的环境风洞，其特征在于，所述换热系统包括蓄热组件、散热组件和换热管道，所述蓄热组件用于存储所述风机系统产生的热量，所述散热组件设置于实验段内，所述换热管道连接在所述风机系统、所述蓄热组件和所述散热组件之间。

3.根据权利要求2所述的环境风洞，其特征在于，所述换热管道包括吸热管道和散热管道，所述吸热管道包括第一吸热段和第一散热段，所述第一吸热段设置于所述风机系统内，所述第一散热段设置于所述蓄热组件内；所述散热管道包括第二吸热段和第二散热段，所述第二吸热段设置于所述蓄热组件内，所述第二散热段设置于所述散热组件内。

4.根据权利要求3所述的环境风洞，其特征在于，所述第一散热段邻近所述第二吸热段设置。

5.根据权利要求4所述的环境风洞，其特征在于，所述第一散热段上设置有散热件，所述第二吸热段上设置有吸热件，所述散热件邻近所述吸热件设置。

6.根据权利要求3所述的环境风洞，其特征在于，所述蓄热组件包括蓄热容器和蓄热介质，所述蓄热介质存储于所述蓄热容器内，所述第一散热段和所述第二吸热段均设置于所述蓄热容器内，所述第一散热段和所述第二吸热段浸没在所述蓄热介质中。

7.根据权利要求6所述的环境风洞，其特征在于，所述第二吸热段设置于所述第一散热段上方。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的环境风洞，其特征在于，所述换热管道内设置有阀体和泵体，所述阀体用于控制所述换热管道开闭，所述泵体用于驱动所述换热管道内流体流动。

9.根据权利要求2-7中任一项所述的环境风洞，其特征在于，所述换热管道内设置有换热介质，所述换热介质为液体或气体。

10.一种环境风洞融冰雪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，在风洞的实验段内风洞降雪实验；

S20，冷却所述风洞的风机系统并收集所述风机系统产生的热量；

S30，停止所述风洞降雪实验并利用收集的热量融化所述实验段内的冰雪。

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