CN114112282B - 一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统及方法，包括大气边界层风洞、驻室和制冷系统，大气边界层风洞包括首尾相互连通的上流道和下流道，在上流道内布置动力段，在下流道内依次布置稳定段、收缩段和试验段，回流型风洞的拐角处均为过渡段，在动力段内设有风扇，在稳定段内设有空气换热器；驻室由隔板分隔为贮存雪颗粒的储藏间和设有雪颗粒振动播撒装置的操作间，储藏间位于稳定段上部，在储藏间内设有冷风机，操作间位于试验段上部，雪颗粒振动播撒装置播撒雪颗粒均匀落入试验段；制冷系统为驻室内的冷风机和大气边界层风洞的空气换热器输出载冷剂进行换热。本发明通过系统各部分配合使用实现自然降雪过程的模拟。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程大气边界层低温风雪环境模拟领域，尤其是涉及一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统及方法。
背景技术
雪灾亦称白灾，是长时间大范围巨量降雪引起的自然灾害。雪灾的发生一般伴随着各类次生灾害，如交通堵塞、线路损毁、粮食减产、牧场封闭和建筑倒塌等。其中，建筑倒塌因直接危及人们的生命和财产安全，受到社会的普遍关注。根据事故调查，除降雪突增，导致建筑屋面荷载远超设计值外，当气流流过建筑物时会发生复杂的分离和再附，同时改变空中飘落雪颗粒的运动轨迹，并带动屋面已存积雪发生漂移运动。风雪相互作用下会引起屋面积雪重新分布，形成局部积雪堆积，致使局部雪荷载超载，诱发建筑倒塌。据统计，受灾建筑多为大跨度空间结构等雪荷载敏感结构。大跨空间结构具有屋面结构轻，屋面面积大，雪荷载占总荷载比例大的特点，其设计往往由雪荷载控制。另一方面，大跨空间结构多应用于体育场馆、机场航站楼和火车站站房等人员十分密集、影响十分重大的公共建筑，因此，大跨空间结构的雪致工程灾害后果往往十分严重。为避免雪致建筑倒塌事故发生，深受雪灾侵害的国家地区纷纷投入大量人力物力开展雪灾预测、防控和治理等方面研究工作。目前可行的屋面雪荷载研究方法包括实地观测、风洞试验和数值模拟。其中，风洞试验凭借可控的试验环境和较高的还原程度，成为研究屋面风雪运动内在规律最高效的手段。
为正确揭示屋面积雪的堆积、演变机理，学者们陆续建立起专业气候风洞对拟真实条件下屋面积雪的堆积-演变过程进行模拟。现有的风洞主要用于交通运输中车辆等小尺度物体覆雪研究，因此无法还原建筑等大尺度物体周边的大气边界层环境；也有的风洞由于风洞试验段截面尺寸过小，流场壁面效应显著，对三维建筑模型进行试验时，其阻塞率无法满足要求，更无法开展大跨空间结构屋面风致雪漂移研究。因此有必要设计一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统及方法，通过系统各部分即大气边界层风洞、制冷系统和驻室的配合使用实现自然降雪过程的模拟。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，包括大气边界层风洞、驻室和制冷系统，所述的大气边界层风洞为回流型风洞，所述的驻室和制冷系统均设置在大气边界层风洞的外部，且所述的驻室设置在回流型风洞的内环空间处；
所述的大气边界层风洞包括首尾相互连通的上流道和下流道，在上流道内布置动力段，在下流道内自上游至下游依次布置稳定段、收缩段和试验段，回流型风洞的拐角处均为过渡段，在动力段内设有风扇，在稳定段内设有空气换热器；
所述的驻室由隔板分隔为贮存雪颗粒的储藏间和设有雪颗粒振动播撒装置的操作间，所述的储藏间位于稳定段的上部，在储藏间内设有冷风机，所述的操作间位于试验段的上部，雪颗粒振动播撒装置播撒雪颗粒均匀落入试验段；
所述的制冷系统为驻室内的冷风机和大气边界层风洞的稳定段的空气换热器输出载冷剂进行换热；
所述的制冷系统包括冷源系统，所述冷源系统包括一次循环系统、二次循环系统和冷却循环系统，所述的一次循环系统包括制冷机组、一次冷冻水泵、缓冲罐、一次循环载冷剂进缓冲罐管路、一次循环载冷剂出缓冲罐管路、载冷剂进制冷机组管路和载冷剂出制冷机组管路，所述二次循环系统包括二次冷冻水泵、二次循环载冷剂进缓冲罐管路、二次循环载冷剂出缓冲罐管路、载冷剂进换热器管路和载冷剂出换热器管路，通过冷却循环系统维持制冷机组工作时所需的冷凝量；
制冷机组的出液口通过载冷剂出制冷机组管路与一次冷冻水泵的进液口连通，一次冷冻水泵的出液口通过一次循环载冷剂进缓冲罐管路与缓冲罐的冷端进液口连通，所述缓冲罐的冷端出液口通过一次循环载冷剂出缓冲罐管路与载冷剂进制冷机组管路连通，所述载冷剂进制冷机组管路与制冷机组的进液口连通，缓冲罐的热端出液口通过二次循环载冷剂出缓冲罐管路与二次冷冻水泵的进液口连通，二次冷冻水泵的出液口通过载冷剂进换热器管路为冷风机和空气换热器换热，换热后的载冷剂通过载冷剂出换热器管路与二次循环载冷剂进缓冲罐管路进入缓冲罐的热端进液口。
进一步的，下流道内的试验段的净截面尺寸为2m×2m。
进一步的，在稳定段内设置蜂窝器和阻尼网，在过渡段内设有导流片。
进一步的，所述的操作间底部可开合，且在操作间内设有用以安置雪颗粒振动播撒装置的滑轨。
进一步的，所述上流道、下流道和驻室均采用保温库板拼接结构形式，且在拼接缝处涂密封胶，在拼接结构外部采用钢结构框架。
进一步的，所述大气边界层风洞通过若干钢结构框架支撑在基础上。
进一步的，在载冷剂进换热器管路和二次循环载冷剂出缓冲罐管路之间设有连通管路，且在连通管路上设有第一调节阀，在载冷剂进换热器管路上设有第二调节阀。
进一步的，所述冷却循环系统包括冷却塔、冷却水泵、冷却塔进水管路、冷却塔出水管路、冷凝器进水管路和冷凝器出水管路，所述冷却塔通过冷却塔出水管路与冷却水泵的进水口连通，冷却水泵的出水口通过冷凝器进水管路与制冷机组的冷端进水口连通，制冷机组的冷端出水口与冷凝器出水管路连通，所述冷凝器出水管路与冷却塔进水管路连通，所述冷却塔进水管路与冷却塔的进水口连通。
一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统的工作方法，具体包括以下步骤：
步骤1)低温环境模拟：试验过程中，首先根据试验温度，设定缓冲罐的温度值，制冷机组根据缓冲罐设定温度，调节制冷载荷，使制冷机组输出的载冷剂温度和缓冲罐设定的温度一致，并通过一次冷冻水泵将一定温度载冷剂输送入缓冲罐，缓冲罐达到设定温度后，启动二次冷冻水泵，载冷剂经由二次冷冻水泵供压，进入空气换热器和驻室内冷风机实现换热；
载冷剂出空气换热器和冷风机后温度升高，通过第一调节阀的开启度调节和第二调节阀的开启度调节，实现冷量的匹配和快速响应，即当试验所需冷量较大时，第二调节阀开度较大，第一调节阀开度较小，载冷剂通过载冷剂进换热器管路以大流量状态流入空气换热器，维持试验所需温度；当试验所需冷量较小时，第二调节阀开度较小，第一调节阀开度较大，载冷剂通过载冷剂进换热器管路以小流量状态流入空气换热器，维持试验所需温度；根据试验温度，自动调节第一调节阀的开启度和第二调节阀(50)的的开启度，进而调节进入空气换热器和冷风机的载冷剂温度，最终实现试验段内的温度控制，从而实现低温环境的模拟；
步骤2)低温风环境模拟：在步骤1)实现用于模拟降雪试验所需要的低温环境条件后，试验段风环境主要由动力系统提供，其中，电机驱动风扇产生气流，经过渡段导流片导流，稳定段蜂窝器和阻尼网整流、空气换热器降温，试验段长距离发展，最终在试验段形成稳定低温大气边界层流场，回流后的热空气经稳定段的再次降温和外部保温库板的保温处理，在洞体内形成闭合低温风环境；
步骤3)降雪过程模拟：在步骤2)实现低温风环境模拟后，采用驻室储藏间存储的积雪和操作间的雪颗粒振动播撒装置，来源源不断地提供雪颗粒，振动后颗粒经气流传输，均匀散布于试验段内，形成均匀稳定降雪环境。
进一步的，所述1)中，在制冷机组工作时，由冷却塔提供冷却水，用以维持制冷机组工作时所需的冷凝量，冷却水泵提供动力，维持冷却水循环持续进行。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统具有以下优势：
1、该系统主要由大气边界层风洞、驻室和制冷系统组成；通过合理设计洞体外形、动力系统和湍流生成机构(包括挡板、格栅和粗糙元等)，实现对大气边界层内风速场和湍流结构的真实模拟，进而再现大跨空间结构周边复杂的气流扰动，为实现复杂的风致雪漂移二相流运动营造高品质的流场环境。
2、通过在风洞试验段顶部设置驻室，实现对雪颗粒的低温存储以及振动播撒。此外，考虑到冰雪试验对低温环境的要求，在大气边界层风洞和驻室内部配以制冷与温控装置，实时监测并控制风洞试验段及驻室内的温度维持在规定的试验温度范围内。
3、本发明所研制的大尺度低温可控大气边界层试验系统，将创新性地解决风-雪耦合作用下，大跨空间结构屋面积雪堆积演变全过程模拟研究的问题，从而为真实获取大跨结构屋面雪荷载，引领大跨空间结构雪荷载研究，抢占全球建筑雪荷载研究制高点提供独一无二的试验平台。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的大气边界层风洞的主视图；
图3为本发明实施例所述的大气边界层风洞的侧视图；
图4为本发明实施例所述的大气边界层风洞的俯视图；
图5为本发明实施例所述的大气边界层风洞的内部结构示意图；
图6为制冷系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、大气边界层风洞；2、制冷系统；3、驻室；4、连通管路；5、稳定段；6、收缩段；7、试验段；8、过渡段；9、动力段；10、上流道；11、下流道；12、保温库板；13、拼接缝涂密封胶；14、钢结构框架；15、基础；16、蜂窝器；17、阻尼网；18、空气换热器；19、隔板；20、储藏间；21、操作间；22、冷风机；23、滑轨；24、雪颗粒振动播撒装置；25、风扇；26、导流片；27、冷源系统；28、一次循环系统；29、二次循环系统；30、冷却循环系统；31、制冷机组；32、一次冷冻水泵；33、缓冲罐；34、一次循环载冷剂进缓冲罐管路；35、载冷剂进制冷机组管路；36、二次冷冻水泵；37、二次循环载冷剂进缓冲罐管路；38、载冷剂进换热器管路；39、冷却塔；40、冷却水泵；41、冷却塔进水管路；42、冷凝器进水管路；43、第一调节阀；44、一次循环载冷剂出缓冲罐管路；45、载冷剂出制冷机组管路；46、二次循环载冷剂出缓冲罐管路；47、载冷剂出换热器管路；48、冷却塔出水管路；49、冷凝器出水管路；50、第二调节阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图6所示，一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，包括大气边界层风洞1、驻室3和制冷系统2，所述的大气边界层风洞1为回流型风洞，所述的驻室3和制冷系统2均设置在大气边界层风洞1的外部，且所述的驻室3设置在回流型风洞的内环空间处；
所述的大气边界层风洞1包括首尾相互连通的上流道10和下流道11，在上流道10内布置动力段9，在下流道11内自上游至下游依次布置稳定段5、收缩段6和试验段7，回流型风洞的拐角处均为过渡段8，在动力段9内设有风扇25，在稳定段5内设有空气换热器18；
所述的驻室3由隔板19分隔为贮存雪颗粒的储藏间20和设有雪颗粒振动播撒装置24的操作间21，所述的储藏间20位于稳定段5的上部，在储藏间20内设有冷风机22，所述的操作间21位于试验段7的上部，雪颗粒振动播撒装置24播撒雪颗粒均匀落入试验段7；
所述的制冷系统2为驻室3内的冷风机22和大气边界层风洞1的稳定段5的空气换热器18输出载冷剂进行换热；
所述的制冷系统2包括冷源系统27，所述冷源系统27包括一次循环系统28、二次循环系统29和冷却循环系统30，所述的一次循环系统28包括制冷机组31、一次冷冻水泵32、缓冲罐33、一次循环载冷剂进缓冲罐管路34、一次循环载冷剂出缓冲罐管路44、载冷剂进制冷机组管路35和载冷剂出制冷机组管路45，所述二次循环系统29包括二次冷冻水泵36、二次循环载冷剂进缓冲罐管路37、二次循环载冷剂出缓冲罐管路46、载冷剂进换热器管路38和载冷剂出换热器管路47，通过冷却循环系统30维持制冷机组31工作时所需的冷凝量；
制冷机组31的出液口通过载冷剂出制冷机组管路45与一次冷冻水泵32的进液口连通，一次冷冻水泵32的出液口通过一次循环载冷剂进缓冲罐管路34与缓冲罐33的冷端进液口连通，所述缓冲罐33的冷端出液口通过一次循环载冷剂出缓冲罐管路44与载冷剂进制冷机组35管路连通，所述载冷剂进制冷机组管路35与制冷机组的进液口连通，缓冲罐33的热端出液口通过二次循环载冷剂出缓冲罐管路46与二次冷冻水泵36的进液口连通，二次冷冻水泵36的出液口通过载冷剂进换热器管路38为冷风机22和空气换热器18换热，换热后的载冷剂通过载冷剂出换热器管路47与二次循环载冷剂进缓冲罐管路37进入缓冲罐33的热端进液口。
下流道11内的试验段7的净截面尺寸为2m×2m，保证大跨屋面风雪试验的要求，基本满足相似准则对截面阻塞率的要求。
动力段9的基础为独立基础，从结构上和大气边界层风洞1隔绝，避免动力系统的振动传递给大气边界层风洞1。
在稳定段5内设置蜂窝器16和阻尼网17，对流场进行调控，在过渡段8内设有导流片26，减小风洞拐角(即过渡段8)入口内侧和出口外侧的气流分离效应，降低动能损失。
所述的操作间21底部可开合，且在操作间21内设有用以安置雪颗粒振动播撒装置24的滑轨23，雪颗粒振动播撒装置24为现有结构，在此不在赘述其具体结构和工作原理，试验时，可根据具体试验风速，合理调整雪颗粒振动播撒装置24的位置，以保证雪颗粒均匀落入试验区域。
所述上流道10、下流道11和驻室3均采用保温库板12拼接结构形式，且在拼接缝处涂密封胶，在拼接结构外部采用钢结构框架14。所述大气边界层风洞1通过若干钢结构框架14支撑在基础15上。
在载冷剂进换热器管路38和二次循环载冷剂出缓冲罐管路46之间设有连通管路4，且在连通管路4上设有第一调节阀43，在载冷剂进换热器管路38上设有第二调节阀50，第一调节阀43和第二调节阀并联设置，根据试验所需的冷量调节第一调节阀43和第二调节阀50的开度，经流量控制，实现大小冷量的匹配，满足试验需求，防止大流量带来的过冷，影响试验温度控制精度。
所述冷却循环系统30包括冷却塔39、冷却水泵40、冷却塔进水管路41、冷却塔出水管路48、冷凝器进水管路42和冷凝器出水管路49，所述冷却塔39通过冷却塔出水管路48与冷却水泵40的进水口连通，冷却水泵40的出水口通过冷凝器进水管路42与制冷机组31的冷端进水口连通，制冷机组31的冷端出水口与冷凝器出水管路49连通，所述冷凝器出水管路49与冷却塔进水管路41连通，所述冷却塔进水管路41与冷却塔39的进水口连通；在制冷机组31工作时，由冷却塔39提供冷却水，用以维持制冷机组31工作时所需的冷凝量，冷却水泵40提供动力，维持冷却水循环持续进行。
本申请的大尺度低温可控大气边界层试验系统可通过系统各部分。即大气边界层风洞1、制冷系统2和驻室3的配合使用实现自然降雪过程的模拟。
一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统的工作方法，具体包括以下步骤：
步骤1)低温环境模拟：试验过程中，首先根据试验温度，设定缓冲罐33的温度值，制冷机组31根据缓冲罐33设定温度，调节制冷载荷，使制冷机组31输出的载冷剂温度和缓冲罐33设定的温度一致，并通过一次冷冻水泵32将一定温度载冷剂输送入缓冲罐33，缓冲罐33达到设定温度后，启动二次冷冻水泵36，载冷剂经由二次冷冻水泵36供压，进入空气换热器18和驻室3内冷风机22实现换热；
载冷剂出空气换热器18和冷风机22后温度升高，通过第一调节阀43的开启度调节和第二调节阀50的开启度调节，实现冷量的匹配和快速响应，即当试验所需冷量较大时，第二调节阀50开度较大，第一调节阀43开度较小，载冷剂通过载冷剂进换热器管路38以大流量状态流入空气换热器18，维持试验所需温度；当试验所需冷量较小时，第二调节阀50开度较小，第一调节阀43开度较大，载冷剂通过载冷剂进换热器管路38以小流量状态流入空气换热器18，维持试验所需温度；根据试验温度，自动调节第一调节阀(43)的开启度和第二调节阀50的开启度，进而调节进入空气换热器18和冷风机22的载冷剂温度，最终实现试验段7内的温度控制，从而实现低温环境的模拟；
步骤2)低温风环境模拟：在步骤1)实现用于模拟降雪试验所需要的低温环境条件后，即首先利用制冷系统2输出低温载冷剂，输送至放置在风洞稳定段5内的空气换热器18，用于模拟降雪试验所需要的低温环境条件后，试验段7风环境主要由动力系统提供，其中，电机驱动风扇25产生气流，经过渡段8导流片26导流，稳定段5蜂窝器16和阻尼网17整流、空气换热器18降温，试验段7长距离发展，最终在试验段7形成稳定低温大气边界层流场，回流后的热空气经稳定段5的再次降温和外部保温库板12的保温处理，在洞体内形成闭合低温风环境；
步骤3)降雪过程模拟：在步骤2)实现低温风环境模拟后，即借助大气边界层风洞1和制冷系统2提供低温风环境后，采用驻室3储藏间20存储的积雪和操作间21的雪颗粒振动播撒装置24，来源源不断地提供雪颗粒，振动后颗粒经气流传输，均匀散布于试验段7内，形成均匀稳定降雪环境。
所述1)中，在制冷机组31工作时，由冷却塔39提供冷却水，用以维持制冷机组31工作时所需的冷凝量，冷却水泵40提供动力，维持冷却水循环持续进行。
本申请的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，
(1)依据大气边界层风洞设计要求，风洞的试验段7长度取试验段口径的6-10倍；风洞设计成竖直形式以减少占地，并防止降雪对动力系统造成影响。
(2)通过在下流道上游加设收缩段6，对来流进行加速，并降低气流的纵向和横向湍流度。在稳定段中设置蜂窝器16和阻尼网17，将大尺度旋涡分割成小尺度旋涡，以加快旋涡衰减，降低湍流度，为下游试验段7提供高品质良好的入流条件。
(3)为减小风洞拐角(过渡段8)入口内侧和出口外侧的气流分离效应，降低动能损失，在过渡段增设损失较小的翼型导流片26。
(4)动力段设计的关键是风扇25设计，包含风扇形式、轮毂直径比、升力系数、风扇桨叶数目及形状、止旋片数目及形状、整流罩长细比和整流罩外形等。对此，采用collar方法，按等环量速度分布进行风机设计，采用大尺度低噪声的桨叶，保证动力系统出流均匀。
(5)基于拟研制风洞项目试验工况对温控系统的性能和控制要求，并结合现有成功案例，综合考虑性价比，科学确定制冷系统2的制冷方式、制冷系统原理图、制冷系统的主要设备构成以及其主要附属设备的组成。根据已确定的风洞温控性能指标，进行制冷系统的初步方案设计(多个方案)。在初步设计方案基础上，综合性价比进行方案比选，选出最合理的设计方案。
(7)在初步设计方案基础上进行方案细化设计，主要有：确定制冷机组31的类型、载冷剂的型号、缓冲罐33的类型、一次冷冻水泵32,二次冷冻水泵36,冷却水泵40的类型、空气换热器18的类型、冷风机22的类型以及阀件管道的类型等。
(8)确定主要设备的类型要求后，进行设备选型计算。先根据风洞温控的性能指标要求，以及风洞维护结构相关性能参数指标，核算各个工况需要的冷负荷。通过对比，选出极限负荷值，作为制冷机组31、空气换热器18和冷风机22的选型依据。制冷机组31选定后，根据所选制冷机组的相关参数，计算冷却设备的负荷值，进行冷却设备的选型。分别根据试验段极限冷负荷及压缩机冷却负荷值，计算所需要的冷却水流量和冷冻水(载冷剂)流量，并以此选择水泵。
(9)根据所选主要设备尺寸、重量和功率等参数，合理选择设备间的位置和占地面积，并进行合理的设备布置，且布置时应综合考虑承重和噪音等因素。
(10)基于拟研制风洞项目对低温自动控制的要求，配置相关控制硬件，编制控制软件以及数据跟踪采集-实时传输-处理解调-异常识别-及时反馈-动态显示的软件系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：包括大气边界层风洞(1)、驻室(3)和制冷系统(2)，所述的大气边界层风洞(1)为回流型风洞，所述的驻室(3)和制冷系统(2)均设置在大气边界层风洞(1)的外部，且所述的驻室(3)设置在回流型风洞的内环空间处；
所述的大气边界层风洞(1)包括首尾相互连通的上流道(10)和下流道(11)，在上流道(10)内布置动力段(9)，在下流道(11)内自上游至下游依次布置稳定段(5)、收缩段(6)和试验段(7)，回流型风洞的拐角处均为过渡段(8)，在动力段(9)内设有风扇(25)，在稳定段(5)内设有空气换热器(18)；
所述的驻室(3)由隔板(19)分隔为贮存雪颗粒的储藏间(20)和设有雪颗粒振动播撒装置(24)的操作间(21)，所述的储藏间(20)位于稳定段(5)的上部，在储藏间(20)内设有冷风机(22)，所述的操作间(21)位于试验段(7)的上部，雪颗粒振动播撒装置(24)播撒雪颗粒均匀落入试验段(7)；
所述的制冷系统(2)为驻室(3)内的冷风机(22)和大气边界层风洞(1)的稳定段(5)的空气换热器(18)输出载冷剂进行换热；
所述的制冷系统(2)包括冷源系统(27)，所述冷源系统(27)包括一次循环系统(28)、二次循环系统(29)和冷却循环系统(30)，所述的一次循环系统(28)包括制冷机组(31)、一次冷冻水泵(32)、缓冲罐(33)、一次循环载冷剂进缓冲罐管路(34)、一次循环载冷剂出缓冲罐管路(44)、载冷剂进制冷机组管路(35)和载冷剂出制冷机组管路(45)，所述二次循环系统(29)包括二次冷冻水泵(36)、二次循环载冷剂进缓冲罐管路(37)、二次循环载冷剂出缓冲罐管路(46)、载冷剂进换热器管路(38)和载冷剂出换热器管路(47)，通过冷却循环系统(30)维持制冷机组(31)工作时所需的冷凝量；
制冷机组(31)的出液口通过载冷剂出制冷机组管路(45)与一次冷冻水泵(32)的进液口连通，一次冷冻水泵(32)的出液口通过一次循环载冷剂进缓冲罐管路(34)与缓冲罐(33)的冷端进液口连通，所述缓冲罐(33)的冷端出液口通过一次循环载冷剂出缓冲罐管路(44)与载冷剂进制冷机组管路(35)连通，所述载冷剂进制冷机组管路(35)与制冷机组的进液口连通，缓冲罐(33)的热端出液口通过二次循环载冷剂出缓冲罐管路(46)与二次冷冻水泵(36)的进液口连通，二次冷冻水泵(36)的出液口通过载冷剂进换热器管路(38)为冷风机(22)和空气换热器(18)换热，换热后的载冷剂通过载冷剂出换热器管路(47)与二次循环载冷剂进缓冲罐管路(37)进入缓冲罐(33)的热端进液口。
2.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：下流道(11)内的试验段(7)的净截面尺寸为2m×2m。
3.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：在稳定段(5)内设置蜂窝器(16)和阻尼网(17)，在过渡段(8)内设有导流片(26)。
4.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：所述的操作间(21)底部可开合，且在操作间(21)内设有用以安置雪颗粒振动播撒装置(24)的滑轨(23)。
5.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：所述上流道(10)、下流道(11)和驻室(3)均采用保温库板(12)拼接结构形式，且在拼接缝处涂密封胶，在拼接结构外部采用钢结构框架(14)。
6.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：所述大气边界层风洞(1)通过若干钢结构框架(14)支撑在基础(15)上。
7.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：在载冷剂进换热器管路(38)和二次循环载冷剂出缓冲罐管路(46)之间设有连通管路(4)，且在连通管路(4)上设有第一调节阀(43)，在载冷剂进换热器管路(38)上设有第二调节阀(50)。
8.根据权利要求1所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统，其特征在于：所述冷却循环系统(30)包括冷却塔(39)、冷却水泵(40)、冷却塔进水管路(41)、冷却塔出水管路(48)、冷凝器进水管路(42)和冷凝器出水管路(49)，所述冷却塔(39)通过冷却塔出水管路(48)与冷却水泵(40)的进水口连通，冷却水泵(40)的出水口通过冷凝器进水管路(42)与制冷机组(31)的冷端进水口连通，制冷机组(31)的冷端出水口与冷凝器出水管路(49)连通，所述冷凝器出水管路(49)与冷却塔进水管路(41)连通，所述冷却塔进水管路(41)与冷却塔(39)的进水口连通。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1)低温环境模拟：试验过程中，首先根据试验温度，设定缓冲罐(33)的温度值，制冷机组(31)根据缓冲罐(33)设定温度，调节制冷载荷，使制冷机组(31)输出的载冷剂温度和缓冲罐(33)设定的温度一致，并通过一次冷冻水泵(32)将一定温度载冷剂输送入缓冲罐(33)，缓冲罐(33)达到设定温度后，启动二次冷冻水泵(36)，载冷剂经由二次冷冻水泵(36)供压，进入空气换热器(18)和驻室(3)内冷风机(22)实现换热；
载冷剂出空气换热器(18)和冷风机(22)后温度升高，通过第一调节阀(43)的开启度调节和第二调节阀(50)的开启度调节，实现冷量的匹配和快速响应，即当试验所需冷量较大时，第二调节阀(50)开度较大，第一调节阀(43)开度较小，载冷剂通过载冷剂进换热器管路(38)以大流量状态流入空气换热器(18)，维持试验所需温度；当试验所需冷量较小时，第二调节阀(50)开度较小，第一调节阀(43)开度较大，载冷剂通过载冷剂进换热器管路(38)以小流量状态流入空气换热器(18)，维持试验所需温度；根据试验温度，自动调节第一调节阀(43)的开启度和第二调节阀(50)的的开启度，进而调节进入空气换热器(18)和冷风机(22)的载冷剂温度，最终实现试验段(7)内的温度控制，从而实现低温环境的模拟；
步骤2)低温风环境模拟：在步骤1)实现用于模拟降雪试验所需要的低温环境条件后，试验段(7)风环境主要由动力系统提供，其中，电机驱动风扇(25)产生气流，经过渡段(8)导流片(26)导流，稳定段(5)蜂窝器(16)和阻尼网(17)整流、空气换热器(18)降温，试验段(7)长距离发展，最终在试验段(7)形成稳定低温大气边界层流场，回流后的热空气经稳定段(5)的再次降温和外部保温库板(12)的保温处理，在洞体内形成闭合低温风环境；
步骤3)降雪过程模拟：在步骤2)实现低温风环境模拟后，采用驻室(3)储藏间(20)存储的积雪和操作间(21)的雪颗粒振动播撒装置(24)，来源源不断地提供雪颗粒，振动后颗粒经气流传输，均匀散布于试验段(7)内，形成均匀稳定降雪环境。
10.根据权利要求9所述的一种用于风雪模拟的大尺度低温可控大气边界层试验系统的工作方法，其特征在于：所述步骤1)中，在制冷机组(31)工作时，由冷却塔(39)提供冷却水，用以维持制冷机组(31)工作时所需的冷凝量，冷却水泵(40)提供动力，维持冷却水循环持续进行。
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