CN209372356U - 一种吹式主动增流阵风风洞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种吹式主动增流阵风风洞，包括：依次连接的动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；与动力段并列设置有旁路段，所述旁路段后端与动力段下游连通，前端与外界连通，所述旁路段与所述动力段连通处设置有合流门；当所述合流门在开启状态时，所述旁路段中的气流可进入所述动力段下游；所述旁路段的周壁上设有泄压缝或开合门，所述旁路段内设置有截流阀和旁路风机，所述旁路风机用于将产生的气流吹进风洞，所述节流阀通过调节活动叶片的开合程度，使旁路段阻塞面积发生变化，从而控制外界气流进入所述旁路段中的流量，并与动力段气流合流在试验段形成大小变化的阵风。

Description

一种吹式主动增流阵风风洞

技术领域

本实用新型涉及风工程技术领域，尤其涉及一种吹式主动增流阵风风洞。

背景技术

边界层风洞，在风工程领域的研究中起着越来越重要的作用。边界层风洞具有模拟大气边界层流动的能力，能为研究大气污染物的扩散规律以及大跨度桥、高层建筑、塔等许多其他独特结构的安全设计研究提供技术支持。

边界层风洞按照气流的流动方向又可以分为吹出式风洞和吸入式风洞:吹出式风洞是以风机吹出的气流作为风洞的流动介质;而吸入式风洞则是通过风叶机片旋转形成的低压区,将空气吸入形成气流。两种类型的风洞应用范围都很广,但具体应用领域又有所不同,吸入式风洞由于风机在洞体末端,只能进行绕流、流场测定等非扬沙的风洞试验;而吹出式风洞不仅可以进行上述非扬沙风洞试验,还可以进行沙粒的起动风速、输沙率等扬沙试验。

然而，对于一些极端气象事件（诸如阵风锋、飓风等）非稳态气流占据主导作用时，普通边界层风洞缺少模拟这些事件瞬变效应的能力。因此，需要一种能产生阵性风效果的大气边界层风洞。

目前，现有风洞一般包括动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段，其结构中未设置有旁路，目前的阵风风洞无法完全模拟出大气边界层中的随机阵风。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本实用新型提出一种吹式主动增流阵风风洞，以产生阵风。

为解决上述问题，现提出的方案如下：

一种吹式主动增流阵风风洞，包括：依次连接的动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；

与动力段并列设置有旁路段，所述旁路段后端与动力段下游连通，前端与外界连通，所述旁路段与所述动力段连通处设置有合流门；当所述合流门在开启状态时，所述旁路段中的气流可进入所述动力段下游；所述旁路段的周壁上设有泄压缝或开合门，所述旁路段内设置有截流阀和旁路风机，所述旁路风机用于在旁路段内产生由外界流向旁路段的气流，所述节流阀通过调节活动叶片的开合程度，使旁路段通流面积发生变化，从而控制外界气流进入所述旁路段中的流量，并与动力段气流合流在试验段形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度。

当截流阀上活动叶片张开完全阻塞旁路段时，控制开合门打开使气流往外排放这样减小对旁路风机的负荷。或者通过设置泄压缝使气流往外排放这样减小对旁路风机的负荷。

优选地，所述旁路段包括两组，且对称设置于所述动力段的两侧。

优选地，旁路段的旁路风机设置一台或多台；多台时，各台风机布置在旁路段的同一截面内。

优选地，旁路段的旁路风机设置多台时，各台风机并列布置的尺寸与在旁路段截面尺寸相当。

优选地，所述旁路段包括：

用于与所述动力段连通的拐角段；

和，连通所述拐角段、且与所述动力段同轴向设置的旁路主段；

其中，所述截流阀和旁路风机设置于所述旁路主段内部，泄压缝或开合门设置在所述旁路主段周壁上并对应于旁路风机与截流阀之间。

所述旁路风机用于在动力段内产生从旁路段外向合流门方向流动的气流，由于风机周期变化较慢无法在瞬时内改变旁路段进入主通道的气流速度，为了使主通道试验段的气流产生大小变化。

优选地，所述旁路段包括两个，且对称设置于所述动力段的两侧。

优选地，所述截流阀包括：多个固定导流罩，其中，每个所述固定导流罩的端部设置有可开合的活动叶片。

优选地，每个所述固定导流罩的端部设置有一对可开合的活动叶片。

优选地，所述截流阀包括5个固定导流罩。

优选地，所述动力段、所述合流段、所述扩散段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述旁路段为全钢结构。

优选地，所述截流阀的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述截流阀的机械连杆的机械运动，实现控制所述截流阀的开闭。

优选地，所述合流门的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述合流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述合流门的开闭。

优选地，所述旁路风机的控制通过变频控制器控制其运转。

优选地，所述旁路开合门采用调控液压系统控制。

本实用新型相比现有技术具有如下有益效果：

本实用新型设计一种吹式主动增流阵风风洞，本实用新型风洞的主体包括：动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段。动力段两侧对称设置有旁路段，用于产生旁路气流。旁路段与合流段的互通处设置有合流门，借助合流门的打开得以实现旁路段气流与动力段气流合流在试验段形成大小变化的阵风的目的。

旁路段内设置有截流阀和旁路风机，截流阀上设有可以开合的活动叶片，通过旁路风机运转，从而使旁路段产生由外界向合流门方向流动的气流，并通过调节活动叶片的开合程度，使旁路段阻塞面积发生变化，从而控制外界气流进入所述旁路段中的流量，并与动力段气流合流在试验段形成大小变化的阵风。同时控制所述节流阀活动叶片的开合频率可以控制阵风大小变化的速度，从而能够更真实模拟出大气边界层的阵风。

此外，当合流门关闭时，即是关闭旁路段的合流效果。气流沿着主通道流经试验段以及试验段上游的稳定收缩段时，阵风风洞转换为为常规定常流速风洞。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中风洞的的结构简图（也作摘要附图）；

图2为本实用新型实施例中阵风旁路段回流部分切面的结构简图；

图3是本实用新型实施例中风洞动力段风机切面结构简图；

图4是本实用新型实施例中风洞旁路段风机切面的结构简图；

图5是本实用新型实施例中风洞旁路段内节流阀打开状态的结构简图；

图6是本实用新型实施例中风洞旁路段内节流阀闭合状态的结构简图；

其中：101-动力段；103-扩散段；104-稳定收缩段；105-试验段；106-出口扩散段；107-旁路段；108-合流门；109-风扇；110-前端风机罩子；111-后端风机罩子；112-止旋片；113-截流阀；114-拐角段；116-蜂窝器；117-阻尼网；118-固定导流罩；119-活动叶片；120-旁路主段；121-风机；122-（电动）开合门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

本实用新型实施例提出一种阵风风洞，以实现产生阵风。

请参阅图1和图3，本实用新型实施例的阵风风洞包括：

依次连接的动力段101、扩散段103、稳定收缩段104、试验段105和出口扩散段106；具体的，上述各个独立的功能段可通过焊接或者螺接而成的一个整体风洞。其中：与动力段101并列设置有旁路段107，旁路段107后端动力段101下游连通处设置有合流门108。可选地，为了保证阵风风洞的结构稳定性，动力段101、扩散段103、稳定收缩段104、试验段105、出口扩散段106和旁路段107均为全钢材料制作。

其中，请参阅图3，动力段101中设置有风机罩子、风机、风扇109、止旋片112。风扇109位于风机的前端。基于风扇109位置以及气流流向将风机罩子分为前端风机罩子110和后端风机罩子111。后端风机罩子111内侧安装有风机。后端风机罩子111外侧设置有止旋片112。

为了保证主通道中流场的均匀度，旁路段107设置为两个，并对称设置在动力段101的两侧，以使两侧的旁路段107合流一致，减少因气流分配不均引起主通道气流均匀差的问题。

旁路段107的长度与动力段长度相当，旁路段与动力段基本平行，旁路段与动力段进行口基本平齐，以便于气流平稳。（旁路段107口径一般取动力段口径的1/3）。

旁路段107与动力段101连通处设置的合流门108可以绕动力段101的轴线转动，实现开闭。合流门108在关闭状态下，阵风风洞（吹式主动增流阵风风洞）为常规定常流速风洞，即动力段101中的风扇109产生的气流直接流经扩散段103、稳定收缩段104、试验段105和出口扩段106。合流门108在开启状态下，旁路段107中的风机121产生的气流经过合流门108进入主通道；旁路段107内设置有截流阀113和旁路风机121，截流阀用于开合控制旁路段的阻塞度，从而控制旁路气流通过合流门进入主通道的流速，旁路风机用于在旁路段产生由外界向合流门方向流动的气流；旁路段107两侧外部设置有电动的开合门122，当截流阀上活动叶片张开完全阻塞旁路段时，控制开合门打开使气流往外排放，这样可减小对旁路风机的负荷。

本实用新型实施例中，动力段左右两侧设置有旁路段，达到与主通道气流合流以增加主通道试验段气流流速的效果。旁路段与合流段的互通处设置有合流门，借助合流门的打开得以实现气流从旁路段到主通道的目的。旁路段内设置有截流阀和旁路风机，截流阀上设有可以开合的活动叶片，活动叶片有规律的运动。通过旁路风机运转带动风扇转动达到在旁路段内产生旁路气流的目的，从而与主通道气流合流后使主通道试验段的气流量在原基础上产生瞬间变化，进而形成大小变化的阵风。

本实用新型实施例的阵风风洞在运行时，风机带动风扇转动得以产生气流，气流沿着旁路段流经合流段时，液压系统通过联动机构控制合流门打开使得部分气流进入主通道。同样通过液压联动控制节流阀后端活动叶片的摆动使气流产生周期性变化，进而将流经旁路段内的气流带入风洞形成转换成阵风。气流沿着主通道流经铺设有小方块的试验段以及试验段上游的稳定收缩段时，凸起的小方块使气流流场产生高频变化，更接近自然风。

此外，合流门关闭时，气流没有再进入主通道。阵风发生器转化成常规定常风速直流吹式风洞。

实施例二：

为了改变结构方式，可选地，两侧旁路段分别设置泄压缝。该设计用于当截流阀关闭时，通过泄压缝使气流往外排放，这样减小对旁路风机的负荷。当合流门打开时，泄压缝不会影响正常进风，泄压缝为环形开缝，开缝可选用宽度为5cm的缝。

实施例三：

本例可选地，如图4所示，两侧旁路段内各设三台风机；三台风机并布置在旁路段的同一截面内。三台风机并列布置的尺寸与在旁路段截面尺寸相当。

实施例四：

为了简单化系统结构，可选地，旁路段107也可以只设置为一组，旁路段107中的风机121产生的气流经过合流门108进入主通道；通过旁路段107内设置有截流阀113和风机121，通过截流阀的开合控制流速，与动力段气流合流后在风洞内形成阵风。

实施例五：

如图2和图5所示，在本实施例可选地，旁路段107包括：拐角段114、旁路主段120。其中拐角段114用于连通扩散段103；旁路主段120的一端连通拐角段114，且旁路主段120与动力段101同轴向。并且，截流阀113和风机121设置于旁路主段120内部，电动开合门122设置于旁路主段两侧外部。

当合流门108打开时，拐角段114将合流的气流光滑引入到扩散段103，减少气流能量的损失。旁路主段120与动力段101轴向相互平行，旁路主段120内设的截流阀113和风机121，使旁路段中的气流带入风洞。

实施例六：

参见图5、图6所示，本实施例可选地，截流阀113包括：多个固定导流罩118，其中，每个固定导流罩118的端部设置有可开合的活动叶片119。

每个固定导流罩118的端部设置的活动叶片119可以为一对。截流阀包括5个固定导流罩118。

实施例七：

吹式主动增流阵风风洞，设置有双旁路，每个旁路中安装有旁路风扇，并设有泄压门或泄压缝。该风洞的设计尺寸如下：

总体长度60.5m；

试验段2.5m*2m*16m（长）；

动力段φ5.1m*9.1m（长）；

旁路段1.7m*4.5m*9m（长）；

泄压门2m*4.5m；

泄压缝缝宽5cm;或泄压门0.2m*3m。

实施例八：

本实施例中，可选地,截流阀113的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述截流阀113的机械连杆的机械运动，实现控制所述截流阀113的开闭。

本实施例中，可选地,合流门108的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述合流门108的机械连杆的机械运动，实现控制所述合流门108的开闭。

实施例九：

本实施例中，可选地,电动开合门112的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述电动开合门112的机械连杆的机械运动，实现控制所述电动开合门112的开闭。

实施例十：

本实施例中，可选地,动力段的后端风机罩子111上的止旋片112可以作为支架，起到支撑风机和风扇109以及罩子的作用。后端风机罩111子外侧沿风机径向上设置多个止旋片112。

实施例十一：

请参见图1，本实施例中，可选地,介于扩散段与收缩段之间的等径向段设置有蜂窝器116和阻尼网117，用于将上游不稳定的气流整流成小涡的气流。

另外，可选地，本申请的另一实施例中调控截流阀113和合流门108的液压系统安装在风洞的外侧。液压系统的控制终端也位于风洞的外侧。此外，控制终端还通过变频器用于控制动力段风机的转速。

专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和颖特点。

Claims (10)

1.一种吹式主动增流阵风风洞，包括：依次连接的动力段、扩散段、稳定收缩段、试验段和出口扩散段；其特征在于，

与动力段并列设置有旁路段，所述旁路段后端与动力段下游连通，前端与外界连通，所述旁路段与所述动力段连通处设置有合流门；当所述合流门在开启状态时，所述旁路段中的气流可进入所述动力段下游；所述旁路段的周壁上设有泄压缝或开合门，所述旁路段内设置有截流阀和旁路风机，所述旁路风机用于将风洞外界的气流带进风洞，所述截流阀通过调节活动叶片的开合程度，使旁路段通流面积发生变化，从而控制外界气流进入所述旁路段中的流量，并与动力段气流合流在试验段形成阵风。

2.根据权利要求1所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述旁路段包括两组，且对称设置于所述动力段的两侧。

3.根据权利要求2所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，旁路段的旁路风机设置一台或多台；多台时，各台风机布置在旁路段的同一截面内。

4.根据权利要求3所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，旁路段的旁路风机设置多台时，各台风机并列布置的尺寸与在旁路段截面尺寸相当。

5.根据权利要求1-4任一所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述旁路段包括：

用于与所述动力段连通的拐角段；

和，连通所述拐角段、且与所述动力段同轴向设置的旁路主段；

其中，所述截流阀和旁路风机设置于所述旁路主段内部，泄压缝或开合门设置在所述旁路主段周壁上并对应于风机与截流阀之间。

6.根据权利要求1所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述截流阀包括：多个固定导流罩，其中，每个所述固定导流罩的端部设置有可开合的活动叶片。

7.根据权利要求6所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，每个所述固定导流罩的端部设置有一对可开合的活动叶片。

8.根据权利要求7所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述截流阀包括5个固定导流罩。

9.根据权利要求1所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述动力段、所述扩散段、所述稳定收缩段、所述试验段、所述出口扩散段和所述旁路段为全钢结构。

10.根据权利要求1所述的吹式主动增流阵风风洞，其特征在于，所述截流阀的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述截流阀的机械连杆的机械运动，实现控制所述截流阀的开闭；所述合流门的控制方式包括：调控液压系统中的油压进而带动连接于所述合流门的机械连杆的机械运动，实现控制所述合流门的开闭；旁路风机通过变频控制器控制其运转。