CN213274776U - 一种用于风洞中风蚀积量测量的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，该系统包括与风洞两侧洞壁紧密接触的一组测量高度限位块、与所述测量高度限位块内侧紧密接触的一组沙层高度限位块、经纬网格和测距设备。一组所述测量高度限位块的顶部通过所述经纬网格连接在一起；所述测距设备的一端垂直放置在所述经纬网格上，其另一端与覆沙层表面相接触。本实用新型具有无损测量、数据准确、测定范围较大的特点，可以用在风沙环境风洞中测定防风固沙材料在不同风场中的风蚀积特征和风蚀积量的多少，也可以用在野外小尺度区域或范围的风蚀积特征的测定。

Description

一种用于风洞中风蚀积量测量的系统

技术领域

本实用新型涉及生态环境测定技术领域，尤其涉及一种用于风洞中风蚀积量测量的系统。

背景技术

在干旱半干旱风沙区，风沙活动导致的沙地动态变化、流沙侵蚀掩埋等是比较重要的地貌活动过程，因此，荒漠化监测和风蚀积特征是区域或是大尺度范围内的重要工作内容之一。在野外，对防风固沙措施进行风蚀积特征的测定尤其重要，通过对风蚀积特征的测定进而对风沙灾害的生态效应和防治措施做出评估是非常重要的工作和要素。在室内风洞中进行各类沙障、防风固沙措施、新材料的试制等研究工作，均要进行风沙环境的模拟，而最重要的测定则是对这些实验材料进行风蚀积特征的研究和测定。

在野外大尺度区域上，对沙地的土壤风蚀积特征的监测方法和手段基本已经成熟，比如采用遥感影像测定法、设置风蚀风积监测点、流域示踪法、侵蚀针测法等。这些方法各有特点，但是均适用于野外观测。当前在室内风洞中还没有较为成熟和准确的测定方法和设备。一方面，风洞环境狭小，观测尺度受限，上述各类方法均不适用；另一方面，在风洞中如何保证测定的精确度，尤其在测定风蚀积特征过程中，由于风洞尺度受限的原因，如何在测定过程中保持原型而不受人为扰动和破坏，更是科研人员面对的难点问题之一。因此，亟需一种在风沙环境风洞中进行有效的风蚀积特征的测量系统，该系统既能保证能全方位的对防风固沙措施的风蚀积特征进行无损测定、还能保证测量过程中的精确度而不失真。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无损测量、数据准确、测定范围较大的用于风洞中风蚀积量测量的系统。

为解决上述问题，本实用新型所述的一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，其特征在于：该系统包括与风洞两侧洞壁紧密接触的一组测量高度限位块、与所述测量高度限位块内侧紧密接触的一组沙层高度限位块、经纬网格和测距设备；一组所述测量高度限位块的顶部通过所述经纬网格连接在一起；所述测距设备的一端垂直放置在所述经纬网格上，其另一端与覆沙层表面相接触。

所述沙层高度限位块的上部平滑，其高度低于所述测量高度限位块的高度。

所述测量高度限位块的上部平滑，且上表面设有对等的水平距离刻度线。

所述经纬网格的最边缘的经向和纬向的小方格上均贴有数值或字母标记。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型中设有与风洞两侧洞壁紧密接触的一组测量高度限位块、与所述测量高度限位块内侧紧密接触的一组沙层高度限位块、经纬网格和测距设备，因此，可以通过测距设备，以测量高度限位块的高度为基准，对底部流沙的表面进行等距离的无损测定，获得网格数据，进而研究风沙流的蚀积特征，可为野外布设相应的防风固沙措施提供较为合理的设计参数和实施方案。

2、测定数据准确，测定范围较大。

本实用新型测定时既可以测定风洞中轴线上的风蚀积特征量，也可以测定整个模型的研究区域，从线扩大到了研究面。对应的每个测定位点准确，测定蚀积量精确可靠。

3、无损测定，不破坏沙面。

本实用新型测定过程中测距设备垂直测定沙层表面，不直接接触沙面，不破坏沙面，因此，可以多次测定每个位点的蚀积数值，进而减少误差。

4、本实用新型符合风沙物理的蚀积平衡原理，与风沙环境风洞相结合，各个模块小巧、简单，相互间组装简单，操作方便，可以用在风沙环境风洞中测定防风固沙材料在不同风场中的风蚀积特征和风蚀积量的多少，也可以用在野外小尺度区域或范围的风蚀积特征的测定。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的正视横截面示意图。

图3为本实用新型的经纬网格平面示意图。

图4为光伏发电板风蚀积特征等值线图。

图5为光伏发电板中轴线风蚀积垂直剖面高度变化图。

图中：1—沙层厚度限位块；2—测量高度限位块；3—经纬网格；4—测距设备；5—水平距离刻度线；6—数值或字母标记。

具体实施方式

如图1~3所示，一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，该系统包括与风洞两侧洞壁紧密接触的一组测量高度限位块2、与测量高度限位块2内侧紧密接触的一组沙层高度限位块1、经纬网格3和测距设备4。

一组测量高度限位块2的顶部通过经纬网格3连接在一起；测距设备4的一端垂直放置在经纬网格3上，其另一端与覆沙层表面相接触。

其中：沙层高度限位块1的上部平滑，其高度低于测量高度限位块2的高度。设置沙层高度限位块1的目的是在风洞中进行覆沙时，通过放置在其上的刮砂板来回水平移动可以使覆沙水平，并固定沙层的厚度。

测量高度限位块2的上部平滑，且上表面设有对等的水平距离刻度线5，该水平距离刻度线5的作用是可以随时对放置到测量高度限位块2上部的经纬网格3进行距离和尺度的计算和监测。

一组沙层高度限位块1、一组测量高度限位块2的宽度可在1.0cm~5cm之间，或根据风洞实际情况而定，尽量不要影响风洞内风场的流动。各组限位块的长度根据风洞试验段的要求而定，可为1.0m，或2.0m，或多套限位块相互拼接。

经纬网格3是由经向和纬向垂直相交组成的小方格而形成的大方框，其长度刚好能水平放置到一组测量高度限位块2上，并可沿着上部水平距离刻度线5等距离的水平移动。经纬网格3的最边缘的经向和纬向的小方格上均贴有数值或字母标记6，以此来确定每个小方格的位置和距离。

经纬网格3是由具有一定硬度的钢丝、钢条等材质制成，不变形，所构成小方格的尺度可为5cm*5cm，或10cm*10cm，亦可根据测量精度而定。

测距设备4可以为直尺、卷尺、电子测距仪等设备或仪器，所测得的距离即为该对应位点沙层的风蚀风积高度。

本实用新型测量过程如下：

⑴将本实用新型放置在风洞中，在一组沙层高度限位块1之间进行覆沙，然后用刮砂板在沙层高度限位块1的上部来回水平移动使覆沙水平，并固定沙层的厚度，此时沙层高度限位块1的高度等于覆沙层厚度，记作h。同时将测量高度限位块2的高度记作H；二者的高度差值D=H-h。

⑵对每一个小方格进行编号，经纬网格3的最边缘的经向和纬向的小方格上均贴有数值或字母标记6；根据小方格的间距就可知道底部对应沙面的横间距离。通过移动测距设备4依次测定每个小方格与底部沙面的垂直距离，并记作X _i ，i=1,2,3,……。

⑶测定并计算风沙风蚀风积特征数据。

计算方法如下：

若实际垂直距离X _i >D，表明沙层降低，发生了风蚀效应S；风蚀厚度S _i =X _i -D。

若实际垂直距离X _i <D，表明沙层增高，发生了风积效应J；风积厚度J _i = D-X _i 。

在测量风蚀积过程中，可以对风洞中轴线上的一排小方格测定风蚀积值，计算沿顺风方向中轴线上不同距离的风沙蚀积量；也可以对所有的小方格依次测定得到每个方格的风蚀积量，计算出每一排的风蚀积量的平均值，进而计算整个设定区域的风蚀积量。

实施例 以光伏发电板的风蚀风积效应研究为案例：

⑴风洞内模型制作：根据野外光伏板的实际调查尺寸和风洞试验段情况，光伏发电板摸型的几何缩尺比采用1:30进行设计制作，从而满足光伏模型横截面积在风洞中的阻塞比小于 5 %的风洞实验要求，符合几何相似原理。光伏发电板模型与水平面呈θ=55°，光伏板外缘距地面垂直距离18.4cm，内缘距地面垂直距离11cm，板底部覆沙厚度为10cm，光伏板模型宽度9.2cm，长度120cm。

⑵光伏板的防风固沙效应研究：在风洞试验段设置单排光伏板模型，研究单排光伏板与来流方向在起沙风速条件下的风蚀积特征变化。该实验采用光伏板与主风向呈β=90^o的角度进行研究。风速设置为5m/s。吹蚀时间为50min。吹后采用风蚀积测量系统对光伏发电板的防风固沙效应进行测量研究。

⑶测定标准：沙层厚度限位块1为10cm，测量高度限位块2为20cm，经纬网格距离为5cm×5cm，测距设备4为红外线测距仪。沿风洞中轴线水平方向设置测点距离为：从光伏板模型前部-42cm处开始依次以5cm×5cm的网格距离进行测定，一直到模型后部的100.8cm结束。之后根据风蚀风积特征的计算方法对测定数据进行数值计算，做出风蚀积等值线变化图4和光伏板中轴线风蚀积垂直高度剖面特征变化曲线图5。从图中可以很清晰的表现出光伏板在风沙流侵袭过程中的风蚀风积的变化功能和特征，表明了风蚀积测量系统具有良好的测定和应用功能。

Claims (4)

1.一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，其特征在于：该系统包括与风洞两侧洞壁紧密接触的一组测量高度限位块（2）、与所述测量高度限位块（2）内侧紧密接触的一组沙层高度限位块（1）、经纬网格（3）和测距设备（4）；一组所述测量高度限位块（2）的顶部通过所述经纬网格（3）连接在一起；所述测距设备（4）的一端垂直放置在所述经纬网格（3）上，其另一端与覆沙层表面相接触。

2.如权利要求1所述的一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，其特征在于：所述沙层高度限位块（1）的上部平滑，其高度低于所述测量高度限位块（2）的高度。

3.如权利要求1所述的一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，其特征在于：所述测量高度限位块（2）的上部平滑，且上表面设有对等的水平距离刻度线（5）。

4.如权利要求1所述的一种用于风洞中风蚀积量测量的系统，其特征在于：所述经纬网格（3）的最边缘的经向和纬向的小方格上均贴有数值或字母标记（6）。

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