CN207649874U - 一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪。风洞的进口整流段的前端为进风口，进口整流段后端连接演示箱的风道入口，演示箱的风道出口连接出口整流段，出口整流段后连接回收箱，回收箱中安装有冷凝机，冷凝机中的凝水网格布置在回收箱的风道截面中；回收箱后端依次设有引流器和出风口；出口整流段中设置有若干块平行的出口整流板；所述的进口整流段中设置有若干块平行的进口整流板，每块进口整流板均内部中空，且进口整流板朝向演示箱一侧开有出气口；雾化机设置于蓄水箱中，雾化机的出雾口通过导烟管与每块进口整流板的内腔连通。本实用新型不会产生污染性的烟雾，同时能够有效控制扰流现象。

Description

一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪

技术领域

本实用新型属于实验演示仪器领域，具体涉及一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪。

背景技术

风洞(wind tunnel)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。

风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。

然后，风洞中由于需要布设各种设备，而气流在高速流动过程中很容易被这些设备所扰动，产生紊流，因此如何将这种外部干扰将至最低是精密风洞需要着重考虑的问题。另外，现有的风洞通常是烟雾作为显示流线的介质，而烟雾大部分是由发烟剂所产生的。目前，发烟剂多用沸点高于350摄氏度的优质重洗涤矿物油，在密闭环境中这种烟气容易对人体造成损害。

发明内容

本实用新型的目的解决现有技术中存在的问题，并提供一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪。

本实用新型采用的具体技术方案如下：

无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其包括进口整流段、演示箱、出口整流段、回收箱、冷凝机、雾化机和蓄水箱；演示箱中设置有用于安装测试模型的风道；进口整流段的前端为进风口，进口整流段后端连接演示箱的风道入口，演示箱的风道出口连接出口整流段，出口整流段后连接回收箱，回收箱中安装有冷凝机，冷凝机中的凝水网格布置在回收箱的风道截面中；回收箱后端依次设有引流器和出风口；所述的出口整流段中设置有若干块平行的出口整流板；所述的进口整流段中设置有若干块平行的进口整流板，每块进口整流板均内部中空，且进口整流板朝向演示箱一侧开有出气口；所述的雾化机设置于蓄水箱中，雾化机的出雾口通过导烟管与每块进口整流板的内腔连通。

作为优选，所述的回收箱下方设有集液槽，回收箱与集液槽通过若干条收集管相连；集液槽通过回水管与蓄水箱连接，形成水循环回路。

作为优选，每块所述的进口整流板的出气口前设有用于控制供气气路通断的阀门。

作为优选，所述的测试模型包括模型本体、插棒、密封件和负压抽吸装置；所述的模型本体内部中空，其底面中心开设有一个与内腔连通的安装孔，安装孔的表面环绕有密封件；所述的插棒安装于演示箱的演示面板上，且插棒呈管状，一端穿过密封件连通所述模型本体的内腔，另一端通过管道连接负压抽吸装置；所述模型本体与风洞中流体接触的表面均布有毛细孔，毛细孔连通模型本体的表面与内腔。

作为优选，所述的进口整流板和/或出口整流板的横截面均呈流线型。

作为优选，所述的冷凝机顶部设有散热器。

作为优选，所述的测试模型通过模型装载平板可拆卸式安装于接演示箱的风道中。

作为优选，相邻的进口整流板和/或出口整流板均呈等间隔布设。

作为优选，所述的演示箱采用透明材质。

作为优选，所述的演示箱两侧分别设有将其悬挂于墙上的挂钩。

作为优选，所述的进风口、进口整流段、演示箱、出口整流段、回收箱、出风口均同轴布设，各自的风道均平滑连接。

相对于现有技术而言，本实用新型的优点为：

1)此风洞实验仪将整流格栅与导烟管相连接，使进入演示箱的水雾不受导烟管的干扰，观察实验时的流态更加稳定。

2)其中的模型装载平板，使实验更加方便更换测试模型。测试模型的结构进行了优化，更适应于水雾作为烟雾源的风洞。

3)针对现有的烟气风洞实验仪进行了改进，以对人体无害、无污染的水雾作为烟气来显示流场；而且针对水雾增加了回收系统，可将实验用水进行循环回收再利用。

附图说明

图1是一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪结构示意图；

图2为试验模型的结构示意图；

图3为模型本体的内部结构示意图；

图4为图2中Ⅰ-Ⅰ剖面的一种结构示意图；

图5为图4中Ⅱ位置的放大示意图；

图中：进风口1、进口整流段2、进口整流板3、阀门4、模型装载平板5、演示箱6、测试模型7、挂钩8、出口整流段9、出口整流板10、回收箱11、散热器12、冷凝机13、凝水网格14、引流器15、出风口16、收集管17、集液槽18、回水管19、雾化机20、蓄水箱21、导烟管22、模型本体A、插棒B、密封件C、毛细孔E。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其包括进风口1、进口整流段2、进口整流板3、阀门4、模型装载平板5、演示箱6、测试模型7、挂钩8、出口整流段9、出口整流板10、回收箱11、散热器12、冷凝机13、凝水网格14、引流器15、出风口16、收集管17、集液槽18、回水管19、雾化机20、蓄水箱21、导烟管22。进风口1、进口整流段2、演示箱6、出口整流段9、回收箱11、出风口16均同轴布设，各自的风道均平滑连接，形成一条水平的完整风道。

演示箱6是整个风洞设备中用于演示测试模型7周边流场的箱体，其采用有机玻璃制成，可以从外部直观的看到内部的流场情况。演示箱6的背面用一块模型装载平板5通过卡槽配合安装，可以根据需要进行拆卸。模型装载平板5采用深色材质，可以清楚反映出白色水雾的形态。模型装载平板5与演示箱6本体之间密闭，其朝向演示箱6的一侧设置有固定杆，用于挂接需要进行风洞测试的测试模型7。演示箱6的两个侧壁分别作为风道的入口和出口。进口整流段2的作用是对进入演示箱6的气体进行预先整流，保持气流平稳，进口整流段2的横截面上设置有若干块平行的进口整流板3，每块进口整流板3的外形呈流线型，其内部均呈中空状。且进口整流板3朝向演示箱6一侧开有一条出气缝。该出气缝用于向气流中掺入水雾。水雾是由演示箱6下方的雾化机20生成的，雾化机20设置于蓄水箱21中，蓄水箱21在使用前需要住满水，保证淹没雾化机20。雾化机20的出雾口通过导烟管22与每块进口整流板3的内腔连通。由此，水雾的掺杂设备被隐藏于进口整流板3中，即使导烟管22会对气流产生一定扰动，也会被后续的进口整流板3稳定，减少演示箱6中气流的波动。

进口整流段2的前端为呈外扩的喇叭状的进风口1，进口整流段2后端连接演示箱6的风道入口，演示箱6的风道出口连接出口整流段9，出口整流段9中也需要设置有若干块平行的流线型出口整流板10。出口整流段9后连接回收箱11，回收箱11的作用是对被掺杂进空气的水雾进行回收，同时保证整个风洞的出气干燥。回收箱11中安装有一台冷凝机13，冷凝机13中具有制冷组件和凝水网格14，制冷组件不断为凝水网格14提供冷量，使凝水网格14保持低温状态，冷凝流经凝水网格14表面的水汽。制冷组件和凝水网格14可以是分开的独立部件，也可以直接采用一体的制冷片来实现。为了尽可能回收水雾，冷凝机13中的凝水网格14布置满回收箱11的风道截面，冷凝机13顶部还需设置散热器12进行及时散热。回收箱11后端依次设有引流器15和呈外扩的喇叭状的出风口16。引流器15可采用负压抽吸装置。演示箱6两侧分别设有将其悬挂于墙上的挂钩8。

另外，为了满足不同的试验需求，每块进口整流板3的出气口前均可以设有用于控制供气气路通断的阀门4，该阀门4可以设置在进口整流板3与导烟管22的交接处。当仅需要风道的部分位置掺杂水雾时，可以关闭其他部位的进口整流板3上的阀门4。一个截面中，相邻的进口整流板3、出口整流板10最好呈等间隔布设，以使气流均布。

另外，考虑到试验过程中，回收箱11中会源源不断地产生冷凝水，因此可在回收箱11下方设置集液槽18，回收箱11与集液槽18通过多条收集管17相连。集液槽18通过回水管19与蓄水箱21连接，形成水循环回路。

本实用新型的工作过程是：开启引流器15，演示箱6内开始产生流场，打开雾化机20，气流通过进口整流板3稳定流态，水雾通过导烟管22和进口整流板3上的出气缝进入进口整流段2，凭借水雾通过测试模型7时可以清楚的观察气流的流态，水雾经过演示箱6后进入出口整流段9，通过出口整流板10稳定气流，水雾经过凝水网格14由于受到冷凝机13的作用，凝成水珠后通过收集管17进入集液槽18中，再由回水管19进入蓄水箱21。

图1所示的装置中，以水雾作为烟雾源，虽然具有环保的优点，但在长时间运行状态下会出现测试模型7表面粘结水滴的现象，而且随着不断的运行，该液滴会逐步扩大。特别是对于气流低速循环时，液滴会对流经其周边的气流产生较大扰动，影响模型周边的真实流场。因此，在另一实施例中，对风洞演示时的试验模型结构进行了改进：

优化后的测试模型7如图2和3所示，由模型本体A、插棒B、密封件C和负压抽吸装置组成。本实施例中以圆形的模型本体A为例，模型本体A内部中空，其底面中心开设有一个与内腔连通的安装孔，安装孔的表面设置密封件C，最好采用内径略小于插棒B外径的橡胶环。插棒B安装于演示箱6的演示面板上，且插棒B内部中空呈管状，一端穿过密封件连通模型本体A的内腔，另一端通过管道连接负压抽吸装置。模型本体A与风洞中流体接触的表面均布有毛细孔E，毛细孔E连通模型本体A的表面与内腔。毛细孔E的形成可以在模具成型过程中，预先在模型表面嵌入易熔合金丝，然后当模具冷却后加热熔化合金丝，形成毛细孔。当然，也可以采用3D打印的方式实现。毛细孔E直径最好为毫米级或微米级，以免孔径过大影响气流稳定。本实施例中的毛细孔E如图4和5所示，呈弯曲的弧管状，至少具有两个弯折部，此时空气进入毛细孔具有一定的阻力，使负压抽吸装置不工作时，模型本体A外部的气流一般不会进入毛细孔E。模型本体A与风洞中流体接触的表面还可以覆盖一层吸水材料。吸水材料最好紧贴模型本体A。

基于该优化测试模型7后的开放式烟气风洞演示仪的流场演示方法，其步骤如下：

首先，开启引流器15，使空气从进风口1进入，在演示箱6内产生流场后从出风口16排出；然后打开雾化机20和冷凝机13，将雾化机20生成的水雾从进口整流板3的出气口排出，并与流动的空气混合均匀；白色的水雾随着空气在测试模型7周边形成流场；当测试模型7的表面出现水滴时，启动负压抽吸装置，使水滴通过毛细孔E进入模型本体A的内腔；带有水雾的空气经过演示箱6后进入出口整流段9，通过出口整流板10稳定气流后，水雾进入凝水网格14并由于受到冷凝机13中的制冷组件作用，凝成水珠后通过收集管17进入集液槽18中，再由回水管19进入蓄水箱21。

以上所述的实施例只是本实用新型的几种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，包括进口整流段(2)、演示箱(6)、出口整流段(9)、回收箱(11)、冷凝机(13)、雾化机(20)和蓄水箱(21)；演示箱(6)中设置有用于安装测试模型(7)的风道；进口整流段(2)的前端为进风口(1)，进口整流段(2)后端连接演示箱(6)的风道入口，演示箱(6)的风道出口连接出口整流段(9)，出口整流段(9)后连接回收箱(11)，回收箱(11)中安装有冷凝机(13)，冷凝机(13)中的凝水网格(14)布置在回收箱(11)的风道截面中；回收箱(11)后端依次设有引流器(15)和出风口(16)；所述的出口整流段(9)中设置有若干块平行的出口整流板(10)；所述的进口整流段(2)中设置有若干块平行的进口整流板(3)，每块进口整流板(3)均内部中空，且进口整流板(3)朝向演示箱(6)一侧开有出气口；所述的雾化机(20)设置于蓄水箱(21)中，雾化机(20)的出雾口通过导烟管(22)与每块进口整流板(3)的内腔连通。

2.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的回收箱(11)下方设有集液槽(18)，回收箱(11)与集液槽(18)通过若干条收集管(17)相连；集液槽(18)通过回水管(19)与蓄水箱(21)连接，形成水循环回路。

3.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，每块所述的进口整流板(3)的出气口前设有用于控制供气气路通断的阀门(4)。

4.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的测试模型(7)包括模型本体(A)、插棒(B)、密封件(C)和负压抽吸装置；所述的模型本体(A)内部中空，其底面中心开设有一个与内腔连通的安装孔，安装孔的表面环绕有密封件；所述的插棒(B)安装于演示箱(6)的演示面板上，且插棒(B)呈管状，一端穿过密封件连通所述模型本体(A)的内腔，另一端通过管道连接负压抽吸装置；所述模型本体(A)与风洞中流体接触的表面均布有毛细孔(E)，毛细孔(E)连通模型本体(A)的表面与内腔。

5.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的冷凝机(13)顶部设有散热器(12)。

6.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的测试模型(7)通过模型装载平板(5)可拆卸式安装于接演示箱(6)的风道中。

7.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，相邻的进口整流板(3)和/或出口整流板(10)均呈等间隔布设。

8.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的演示箱(6)两侧分别设有将其悬挂于墙上的挂钩(8)。

9.如权利要求1所述的无干扰源的开放式烟气风洞演示仪，其特征在于，所述的进风口(1)、进口整流段(2)、演示箱(6)、出口整流段(9)、回收箱(11)、出风口(16)均同轴布设，各自的风道均平滑连接。