CN209372358U - 一种带旁路的双试验段直流阵风风洞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带旁路的双试验段直流阵风风洞，包括依次连接的稳定与收缩段、第一试验段、合流段、动力段、分流段、第二试验段、和出口段，其特征在于：还设置旁路段，旁路段一端与合流段连接，另一端与分流段连接。采用本实用新型的阵风风洞，能够实现产生低频率的阵风，可以模拟大气边界层中自然风的阵风效应，用以研究阵风对大气边界层中各种物理现象的影响，能够在一个阵风风洞内部进行两种试验，更加经济和快捷并且效率更高。

Description

一种带旁路的双试验段直流阵风风洞

技术领域

本实用新型涉及一种阵性风风洞实验装置，更具体地说，它涉及一种带旁路的双试验段直流阵风风洞。

背景技术

风洞简单地说就是一根经过特殊设计的长形管道，由动力系统(电动机和风扇)在其内部产生一股可以人为自由控制的气流，用它来模拟物体在空气中运动时空气的流动现象、物体受力的情况、空气绕某些固定物体的绕流现象以及烟气在空气中的迁移、扩散现象等”。

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。

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边界层风洞。

大气中的湍流，一般来说湍流尺度越大，那么湍流的频率就越低；尺度越大的障碍物产生的湍流尺度越大。常规大气边界层风洞通过尖劈和粗糙元产生的湍流，尖劈和粗糙元的尺度一般在0.1m左右，所以产生的湍流频率比较高。而实际大气中因为有高楼大厦、山坡、树林等尺度较大的障碍物的存在，所以湍流中低频部分的能量不容忽视，所以有必要在风洞中产生尺度较大、频率较低的脉动风，这样才能够跟真实的大气更吻合，这就是我们阵风风洞的设计意义。

目前，能产生阵性风效果的大气边界层风洞一般是采用机械摆动机构或者调整风机转速来产生阵风。但是，以此种方式产生的阵风，其阵风频率较高。而大气边界层中的随机阵风速度产生大小变化有高有低，因此，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。

按照气流的流动方向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。

实际环境中产生高污染的前提是环境风速接近于静止或者很低的气象条件，因为只有在这种环境中，排放的污染物不能被扩散开，导致局部地区的重污染。因此需使用直流吸式风洞模拟出风速接近于零并且风环境稳定的气象条件。直流吹式不适合的主要原因在于其动力段位于试验段上游，风机风扇在低速转动时多叶片间的空隙较大会产生固定频率的阵性效果，同时风在通过动力段向下扩散时会产生多方向的乱流导致风环境不稳定。回流式风洞由于其闭口回流的特性导致在进行污染物实验时，污染源释放后无法排放到实验环境外，使得试验段的本底污染浓度不断叠加增高，阻碍了实验的测量。而对于沙尘等物质传输实验时，需选择直流吹式风洞，而使用直流吸式和回流式会使砂砾被气流带入动力段损坏风机。

国外个别闭路、开路两用风洞，结构比较复杂，操作十分困难，且无法产生阵性效果，无法用于大型工程应用类风洞中。一般一个风洞只能用于一种试验，风洞造价昂贵不说，且效率不高，本实用新型提供一种双试验阵风风洞装置，可以一个风洞里进行两个试验，极大的节约了成本，提高了效率。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种带旁路的双试验段直流阵风风洞，其具有通过旁路段控制风洞内流体流速以及一个风洞内部进行两种试验的优势。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种带旁路的双试验段直流阵风风洞，包括依次连接的稳定与收缩段、第一试验段、合流段、动力段、分流段、第二试验段、和出口段，其特征在于：还设置旁路段，旁路段一端与合流段连接，另一端与分流段连接。

进一步地，分流段内设置有阻尼网和蜂窝器。

进一步地，旁路段包括导流片、前拐角段、节流阀、后拐角段和液压分流门。

进一步地，前拐角段和后拐角段内均设置有导流片，后拐角段与分流段连接处设置有液压分流门。

进一步地，液压分流门由液压装置控制，当液压分流门关闭时，旁路段停止运行，当液压分流门开启时，设在旁路段中并位于前拐角段和后拐角段之间的节流阀开启，旁路段开始运行。

进一步地，节流阀包括若干个活动叶片和固定导流罩，其中固定导流罩固定设置在旁路段中，并且每个固定导流罩上都活动连接有两个活动叶片，相邻两个固定导流罩上的活动叶片能够通过开合影响旁路段中的通风速度。

进一步地，动力段还设置有依次连接的后端导流罩、止旋片、风扇和前端整流罩，并且后端导流罩和前端整流罩分别朝向出口段和合流段。

进一步地，稳定与收缩段通过设置在其端部的阻尼网和蜂窝器与外界连通。

进一步地，稳定与收缩段、第一试验段、合流段、动力段、旁路段及第二试验段均为全钢结构。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型的带旁路的双试验段直流阵风风洞，该风洞可在大型风洞中实现对大气边界层中不同风工程项目(如风压风振、风环境、空气污染、物质传输等)的模拟，而不必担心示踪剂的累积效应造成的本底浓度升高，而影响模拟实验的准确性，有益于实际工程应用。

2.该装置在试验段运行时，可以较低功率，获得较高气流速度，用于模拟大气边界层中由空气流动引起的各种风效应；还可以模拟大气边界层中的污染物扩散，从而避免闭路运行时示踪剂本底浓度不断升高带来的模拟实验误差不断增大的弊端。

3.该装置还可通过控制液压分流门的开闭以及旁路段中节流阀叶片的的开闭实现内部风速的调节，可实现模拟大气边界层中低风速引起的各种风效应。

4.能够在一个阵风风洞内部进行两种试验，更加经济和快捷并且效率更高。

5.通过调节旁路通道中的节流阀以及风扇组，几乎瞬间改变试验段中气流速度形成风速大小变化的阵风，能够更准确地模拟出实际大气边界层中自然风，这种类型的非稳恒的流动模拟非常重要，它开辟了新领域，为非稳恒流动空气动力学的研究提供了试验机会。

6.通过控制该通道的分流量，使主试验段中速度变化量始终处于合理的范围。旁路通道设计为两个矩形通道，这两个通道的尺寸受到建筑物尺寸的严格限制。在给定的空间内尽可能将它们设计得大些。这两个旁路通道在风扇外面，与主通道平行。其次，旁路通道以及附属的转换段必须使风洞主通道中产生的气流不均匀性最小。

附图说明

图1为风洞的各部件结构示意图；

图2为旁路段各部件结构示意图；

图3为液压分流门闭合时后拐角段结构示意图；

图4为液压分流门开启时后拐角段结构示意图；

图5为活动叶片张开时节流阀结构示意图；

图6为活动叶片闭合时节流阀结构示意图；

图7为带有排风机组的风洞结构示意图；

图8为排风机组的截面示意图。

图中：101、稳定与收缩段；103、第一试验段；105、合流段；106、动力段；107、出口段；109、风扇；110、前端整流罩；111、后端导流罩；112、止旋片；116、蜂窝器；117、阻尼网；204、分流段；205、后拐角段；206、液压分流门；207、第二试验段；209、前拐角段；210、导流片；213、节流阀；214、旁路段；215、排风机组；218、固定导流罩；219、活动叶片；220、液压装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种带旁路的双试验段直流阵风风洞，包括依次连接的稳定与收缩段101、第一试验段103、合流段105、动力段106、分流段204、第二试验段207、和出口段107，其特征在于：还设置旁路段214，旁路段214一端与合流段105连接，另一端与分流段204连接。带旁路的双试验段直流阵风风洞总体长度110m(双试验段)，试验段(1)2.5m*2m*16m(长)，试验段(2)2.5m*2m*16m(长)，动力段φ5.1m*9.1m(长)，旁路段1.7m*4.5m*15m(长)。

如图1所示，动力段106是安装驱动风扇109的一段洞体，动力段106包括前端整流罩110、风扇109、止旋片112、后端导流罩111。风机带动风扇109转动得以产生气体流动，建立起试验段中稳定的流场。气流沿着进气口流经稳定与收缩段101，由于气流的方向和速度都是不均匀的，其气流的湍急度也是比较高的，甚至在气流中还存在大尺度的漩涡，因此在气流的稳定与收缩段101内设置有蜂窝器116、阻尼网117等整流装置。蜂窝器116和阻尼网117的作用在于使气流变得均匀，湍急度大大降低，保证第一试验段103的气流品质。稳定与收缩段101与第一试验段103连接处的曲率半径比入口小的设计使的气流得到均匀加速，气流沿稳定与收缩段101流动时，洞壁上不出现分离。经过第一试验段103的气流流向合流段105，合流段105其作用是把气流的动能转变为压力能，以减小风洞的功率损失。最后，气流经第二试验段207从出口段107流出。

如图2、图3和图4所示，旁路段214包括后拐角段205、液压分流门206、导流片210、前拐角段209和节流阀213。其中后拐角段205与分流段204连接，连接处设置有液压分流门206，液压分流门206由液压装置220驱动，旁路段214的前拐角段209与收缩段102连接。当液压分流门206关闭时，旁路段214关闭。当液压分流门206开启时，旁路段214开启，气流从液压分流门206进，经后拐角段205流向节流阀213。在拐角中，由于气流的转弯，出现了从曲率中心向管外壁的离心力，这就使得气流在转弯时，外壁的压力增高而内壁的压力降低。所以在外壁处的气流流速将减小，而在内壁处其流速将相应增大，因此在外壁附近出现扩散效应，而在靠近内壁处则出现收缩效应。气流在转弯后，又有相反的现象产生，即在内壁附近产生扩散效应，在外壁附近产生收缩效应。扩散效应导致气流脱离内外壁。因此气流在拐角很容易产生分离以及出现对流，为了防止气流分离，改善气流的流动和减少损失，在拐角处设计有导流片210。

节流阀213包括固定导流罩218和活动叶片219。其中固定导流罩218固定设置在旁路段214中，并且每个固定导流罩218上都活动连接有活动叶片219，相邻两个固定导流罩218上的活动叶片219能够通过开合影响旁路段214中的通风速度。如图5所示时，当活动叶片219张开，对流体阻碍最大，通过节流阀213的流速最小。如图6所示，活动叶片219闭合，对流体阻碍最小，通过节流阀213的流速最大。通过控制活动叶片219的开合从而控制旁路段214的通风速度，进而控制了两个试验段内的通风速度和风速变化的频率。

分流段204内部还设置有两道阻尼网117，阻尼网117的一侧与蜂窝器116相连。通过蜂窝器116和阻尼网117的作用使气流变得均匀。从而平稳的流向第二试验段207。

试验时，气流从进气口流入，通过蜂窝器116使气流变得较为均匀，然后通过稳定与收缩段101将气流速度提高，之后进入第一试验段103，当气流通过试验段后经合流段105到达分流段204，一部分风进入旁路段214(液压分流门206打开)，经旁路段214流向合流段105，并最终流向第二试验段207，由第二试验段207流向出口段107。

如图7和图8所示，旁路段214的管道中还设置有若干个排风机组215，可以同时控制：通过控制排风机组的旋转速度使得试验段的气流量得到高低频率的改变。也可以依次控制：通过控制排风机组的各行运行的情况。当第一行的排风机组运行开始后依次运行第二行、第三行直至所有排风机组全部开启，使旁路段214内的风量逐渐增大，提高回流速度进而影响各试验段中的风速。通过排风机组运行数量的多少变化时速度从而改变试验段阵风大小变化的速度。如图所示上述这种多个小风扇的控制方式相较于单独使用一个较大功率的风扇而言，更容易控制，而且启动和关闭的响应速度更快，风速的变化率可以达到更高的要求，控制精度更高。

Claims (9)

1.一种带旁路的双试验段直流阵风风洞，包括依次连接的稳定与收缩段(101)、第一试验段(103)、合流段(105)、动力段(106)、分流段(204)、第二试验段(207)、和出口段(107)，其特征在于：还设置旁路段(214)，旁路段(214)一端与合流段(105)连接，另一端与分流段(204)连接。

2.根据权利要求1所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述分流段(204)内设置有阻尼网(117)和蜂窝器(116)。

3.根据权利要求1所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述旁路段(214)包括导流片(210)、前拐角段(209)、节流阀(213)、后拐角段(205)和液压分流门(206)。

4.根据权利要求3所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述前拐角段(209)和后拐角段(205)内均设置有导流片(210)，后拐角段(205)与分流段(204)连接处设置有液压分流门(206)。

5.根据权利要求4所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：液压分流门(206)由液压装置(220)控制，当液压分流门(206)关闭时，旁路段(214)停止运行，当液压分流门(206)开启时，设在旁路段(214)中并位于前拐角段(209)和后拐角段(205)之间的节流阀(213)开启，旁路段(214)开始运行。

6.根据权利要求5所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述节流阀(213)包括若干个活动叶片(219)和固定导流罩(218)，其中固定导流罩(218)固定设置在旁路段(214)中，并且每个固定导流罩(218)上都活动连接有两个活动叶片(219)，相邻两个固定导流罩(218)上的活动叶片(219)能够通过开合影响旁路段(214)中的通风速度。

7.根据权利要求1所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述动力段(106)还设置有依次连接的后端导流罩(111)、止旋片(112)、风扇(109)和前端整流罩(110)，并且后端导流罩(111)和前端整流罩(110)分别朝向出口段(107)和合流段(105)。

8.根据权利要求1所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：稳定与收缩段(101)通过设置在其端部的阻尼网(117)和蜂窝器(116)与外界连通。

9.根据权利要求1所述的带旁路的双试验段直流阵风风洞，其特征在于：所述稳定与收缩段(101)、第一试验段(103)、合流段(105)、动力段(106)、旁路段(214)及第二试验段(207)均为全钢结构。