CN203179395U - 一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备，包括主箱体、气流实验箱和影像采集单元，其中主箱体配备有用于产生人工气流的气流发生器，并在箱体内部一端设置与气流发生器可控相连通的气流缓冲空间；气流实验箱位于气流缓冲空间的上侧并通过格栅板与其相连，气流实验箱中放置待进行风环境模拟的建筑物模型且具备透明观测面；影像采集单元安装在气流实验箱的观测面外侧，并可沿着X轴和Y轴方向移动，由此当气流进入气流试验箱时对其流动轨迹进行拍摄。通过本实用新型，能够定性模拟各类建筑风环境并执行实时监测，同时具备结构紧凑、便于使用和操控、成本低等优点，因而尤其适用于建筑风环境模拟教学或其他类似的用途。

Description

一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备

技术领域

本实用新型属于建筑设计技术领域，更具体地，涉及一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备。

背景技术

在现代建筑设计与建造过程中，如何在建筑物室内外维护良好通风同时避免废气回流，是营造人体生理舒适度的重要因素，而且通风效率与建筑节能往往直接相关，因此对建筑风环境的研究正日益引起业内的关注和重视。在建筑设计教学的实践过程中，风环境认知的课题作为相当重要的课程内涵，同样是学生关注并感兴趣的方向之一。

目前对建筑风环境的研究手段通常为风洞实验或采用计算机模拟预测。对于风洞（wind tunnel）模拟建筑风环境的方式，虽然能够比较准确地控制试验条件，但所需的实验环境较大，试验仪器昂贵、运转费用高，而且实验地点固定，不利于教学场合，因此很难满足各类建筑的风环境模拟测试用途；计算机模拟风环境的优点在于灵活性和反复模拟功能，但是由于其建模缺乏统一可信的测量尺寸，往往无法适用于复杂建筑形体的室内外风环境和精确的风速风向，并存在教学直观性不强等问题。因此，在相关领域亟需寻找更为完善、便于操控的模拟方式，以便实现在工程设计和教学过程中更好地实现对建筑风环境的认知及研究。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备，其中通过对其构造及关键部件的设计，能够在一定精度下定性模拟各类建筑风环境并执行实时监测，同时具备结构紧凑、便于使用和操控、成本低等优点。

按照本实用新型，提供了一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备，其特征在于，该设备包括主箱体、气流实验箱和影像采集单元，其中：

所述主箱体呈水平布置的箱体结构，其配备有用于产生人工气流的气流发生器，并在箱体内部一端设置与气流发生器可控相连通的气流缓冲空间；

所述气流实验箱呈竖直布置的中空箱体，它位于所述气流缓冲空间的上侧并通过格栅板与其相连，气流实验箱中放置待进行风环境模拟的建筑物模型，且其作为观测面的正面为透明结构；

所述影像采集单元安装在气流实验箱的透明观测面外侧，并可沿着X轴和Y轴方向来回移动，由此当气流从气流缓冲空间上升并进入气流试验箱时，对气流的流动轨迹进行拍摄。

作为进一步优选地，所述辅助实验设备还包括计算机或投影仪，所述影像采集单元所拍摄的影像被传输给计算机，或是通过投影仪予以播放。

作为进一步优选地，所述格栅板通过插槽设置在气流缓冲空间与气流实验箱之间，并可予以更换。

作为进一步优选地，所述气流实验箱的顶部安装有风机，以便对气流实验箱内部的气流流速和气压进行调节。

作为进一步优选地，所述设置在主箱体内部一端的气流缓冲空间具有观察面，且该观察面为透明的。

作为进一步优选地，所述气流实验箱还具有后盖，该后盖相对于所述观测面设置在气流实验箱的背面，并带有把手且可绕其枢转轴开启或关闭。

作为进一步优选地，所述影像采集单元包括支架滑槽、CCD支架和CCD摄像头，其中支架滑槽固定设置在气流试验箱观测面的两侧；CCD支架由垂直于观测面的的纵向支架和平行于观测面的横向支架共同构成框架结构，并可沿着该支架滑槽上下移动；CCD摄像头设置在横向支架上并可沿着其左右移动。

作为进一步优选地，所述人工气流为人的肉眼可直接观测的烟雾。

作为进一步优选地，所述主箱体的底部配备有多个万向轮，且其与气流实验箱之间通过滑槽在其联接位置可枢轴转动地相联。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、由于利用人工气流来模拟环境气流，并结合其力学特性和运动规律分析，能够通过控制气流的产生量、密度、运动方向等属性来尽可能真实地模拟现实情况下的建筑风环境，并观测及获得反映其气流运动状态的相关信息；

2、通过更换不同空隙宽度的格栅板来调节进入实验箱的气流量和流速，以及利用实验箱顶部的风机来控制其流速和气压，由此可获得各类所需的实验条件，扩大了该辅助实验设备的适用性；

3、本实用新型中的影像采集单元可以在观测面上沿着XYZ三轴方向自由移动，这样便于控制不同视高和视点的影像采集，并获得准确的拍摄效果；此外，主箱体配备有万向轮并可与气流实验箱折叠，由此进一步提高了操作的便利性；

4、按照本实用新型的实验设备整体结构紧凑、操作简单，并能通过自动化技术，以直观方式实现对各类建筑风环境的模拟和监测并保证其精度，因而尤其适用于建筑风环境模拟教学或其他类似的用途。

附图说明

图1是按照本实用新型的运用人工气流来模拟建筑风环境的实验设备的整体结构示意图；

图2是图1中所示实验设备开启试验箱观测面后的结构示意图；

图3是图1中所示实验设备的侧视图；

图4是图1中所示实验设备的剖视图；

图5是本实用新型中用于安装格栅板的不同规格插槽的示意图；

图6是图1中所示试验设备折叠后的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-主箱体  2-气流发生器插座  3-气流发生器开关  4-气流发生器油量表  5-万向轮  6-PVC  三通管  7-PVC  直管  8-观察面  9-格栅板插槽10-密封胶  11-格栅板  12-后盖  13-把手  14-枢转轴  15-固定插槽16-固定螺栓  17-箱顶格栅  18-风机  19-风机固定螺丝  20-风机电线21-电线管  22-电位器  23-风机接电插头  24-观测面  28-CCD  摄像头29-CCD  固定板  30-固定板螺栓  31-支架滑槽  32-注油口  33-折叠旋钮  34-滑槽

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是按照本实用新型的运用人工气流来模拟建筑风环境的实验设备的整体结构示意图，图2是图1中所示实验设备开启试验箱观测面后的结构示意图。如图1和图2中所示，按照本实用新型的优选实施方式所构建地，该运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备主要包括主箱体1、气流实验箱和影像采集单元，其中主箱体1呈水平布置的箱体结构，其内部配备有用于产生人工气流的气流发生器，并在箱体内部一端（图1中所示为右端）设置与气流发生器可控相连通的气流缓冲空间；气流实验箱呈竖直布置的中空箱体，它位于气流缓冲空间的上侧并通过格栅板与其相连，气流实验箱中放置待进行风环境模拟的建筑物模型，且其作为观测面的正面（图1中所示为向外的板面）为透明结构，譬如为玻璃板；影像采集单元安装在气流实验箱的透明观测面外侧，并可在与该观测面相平行的平面内沿着X轴和Y轴方向来回移动，由此当气流从气流缓冲空间上升并进入气流试验箱时，对气流的流动轨迹进行拍摄。

更具体地，主箱体1包括主箱体外壳、气流发生器、气流缓冲空间以及其他一些控制零件。为保证气密性，气流发生器内置在主箱体1中，它的插座2、开关3、油量表4以及注油口32等均外露于主箱体外壳，以便操控。在主箱体1的底部，优选还配备有万向轮5，用于灵活移动主箱体。当气流发生器预热后，按下开关将喷射出气流，并经PVC三通管6和PVC直管7送入到处于一端的气流缓冲空间内。以便观察气流缓冲空间内的气流流动状态是否正常，在一个优选实施方式中，气流缓冲空间具有透明的观察面8。

气流实验箱位于气流缓冲空间的上侧，是对待研究的模型进行实验的空间。在实验箱底部与气流缓冲空间相连的位置，譬如通过格栅板插槽9设置有格栅板11，并通过密封胶10予以密封。格栅板11能使烟雾由缓冲空间进入实验箱时，有均匀的密度、相同的流动方向和速度。针对不同实验对格栅板11孔隙大小的不同要求，本实用新型的格栅板优选设计为可更换式，并可如图5中所示提供三种不同孔隙的格栅板，由此在实验过程中迅速进行更换或进行对比实验。气流实验箱面向使用者的正面为透明的观测面24，其内部譬如通过固定插槽15和固定螺栓将待进行风环境模拟的建筑物模型予以固定放置。

在一个优选实施方式中，气流实验箱还具有后盖12，该后盖12相对于观测面24设置在气流实验箱的背面，它的一侧设有枢转轴14，并固定有把手13，这样可绕着枢转轴14转动开启或关闭。在另一优选实施方式中，所述气流实验箱的顶部还安装有风机18，该风机可通过风机固定螺丝19固定，风机电线20沿电线管21固定，风机电线20上有电位器22和风机接电插头23，实验过程中调节电位器22可改变风机18的叶轮转动速度，由此用于对气流实验箱内部的气流流速和气压进行调节。实验箱箱顶设有箱顶格栅17，以保护实验箱体和风机18。此外，如图6中所示，主箱体1与气流实验箱之间优选通过滑槽34在其联接位置可枢轴转动地相联，这样通过调节折叠旋钮33可以将整个设备进行折叠，以便收纳和搬运。

如图1、图3和图4中所示，所述影像采集单元包括支架滑槽31、CCD支架和CCD摄像头28，其中支架滑槽31固定设置在气流试验箱观测面12的两侧；CCD支架由垂直于观测面的的纵向支架和平行于观测面的横向支架共同构成框架结构，并可沿着该支架滑槽上下移动；CCD摄像头28譬如通过CCD固定板29和固定板螺栓30设置在横向支架上，由此可沿其左右来回移动。此外，在实验过程中，辅助实验设备还包括计算机或投影仪，这样影像采集单元所拍摄的影像可以被即时传输给计算机，或是通过投影仪予以播放。

下面将具体描述按照本实用新型的辅助实验设备的具体操作和使用步骤：

首先是实验前的基础准备作业：本实用新型实验装置在未进行实验前为收纳状态，如图6所示。实验进行前需将实验装置水平放置，调节折叠旋钮33，沿滑槽34向上移动实验箱，以折叠旋钮33为轴翻转实验箱90度，后可调节折叠旋钮33固定实验箱，即完成实验装置的组装。首先，观察气流发生器的油量表4中显示的油量是否充足，于注油口32加至适量烟油。其次，开启后盖12，于模型固定插槽15处固定好研究模型后关闭。根据研究模型选择合适的格栅板11，插入格栅板插槽9，并按实密封胶10。最后，为气流发生器的插座2和风机接电插头23接通电源，准备实验前的调试工作。

接着是一些必要的调试准备作用：在实验进行前尚需进行简单的调试。首先，需进行体察影像调试。将计算机开启，驱动CCD摄像头28影像采集程序，调试影像至完全清晰的程度。其次，进行气流流动测试。开启气流发生器的开关3进行预热，预热完毕后按下喷射按钮，观察譬如可选为可肉眼可直接观测的烟雾的流动情况，保证能正常喷射合适浓度的烟雾，以及烟雾能顺利进入烟室和实验箱，最终从实验箱顶端的箱顶格栅17溢出。最后，启动风机18。调整电位器22至合适的转速。

最后执行建筑风环境的模拟和测试：在确保实验仪器能正常运行的情况下，开启CCD摄像头28进行实验影像的采集。开启气流发生器开关3，使其持续喷射人工气流。从观测面观察气流的经过研究模型时的流动情况。一段时间后，待气流的流动情况基本稳定时，气流的流动轨迹即能定性的呈现出该研究模型的建筑风环境情况，可直接在计算机的成形影像中进行采集和剪辑图像。此外，可以调节电位器22改变风机18的风力大小，或者更换格栅板11进行对比实验。此过程可拍摄动态的影像影片，也可通过影像投影设备如投影仪进行建筑设计或建筑物理的辅助教学应用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种运用人工气流来模拟建筑风环境的辅助实验设备，其特征在于，该设备包括主箱体、气流实验箱和影像采集单元，其中：

所述主箱体呈水平布置的箱体结构，其配备有用于产生人工气流的气流发生器，并在箱体内部一端设置与气流发生器可控相连通的气流缓冲空间；

所述气流实验箱呈竖直布置的中空箱体，它位于所述气流缓冲空间的上侧并通过格栅板与其相连，气流实验箱中放置待进行风环境模拟的建筑物模型，且其作为观测面的正面为透明结构；

所述影像采集单元安装在气流实验箱的透明观测面外侧，并可沿着X轴和Y轴方向来回移动，由此当气流从气流缓冲空间上升并进入气流试验箱时，对气流的流动轨迹进行拍摄。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述辅助实验设备还包括计算机或投影仪，所述影像采集单元所拍摄的影像被传输给计算机，或是通过投影仪予以播放。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述格栅板通过插槽设置在气流缓冲空间与气流实验箱之间，并可予以更换。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述气流实验箱的顶部安装有风机，以便对气流实验箱内部的气流流速和气压进行调节。

5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设置在主箱体内部一端的气流缓冲空间具有观察面，且该观察面为透明的。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述气流实验箱还具有后盖，该后盖相对于所述观测面设置在气流实验箱的背面，并带有把手且可绕其枢转轴开启或关闭。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述影像采集单元包括支架滑槽、CCD支架和CCD摄像头，其中支架滑槽固定设置在气流试验箱观测面的两侧；CCD支架由垂直于观测面的的纵向支架和平行于观测面的横向支架共同构成框架结构，并可沿着该支架滑槽上下移动；CCD摄像头设置在横向支架上并可沿着其左右移动。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述人工气流为人的肉眼可直接观测的烟雾。

9.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述主箱体的底部配备有多个万向轮，且其与气流实验箱之间通过滑槽在其联接位置可枢轴转动地相联。

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