CN2450663Y - 对流湍流发生池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种对流湍流发生池。它包括装满水的池体的两端设有通光孔、底部为平板状加热器,特别是所述的平板状加热器为内置油和电热管的箱体,所述的池体的顶部为内置冷却水和致冷水管的平板状冷却水箱,所述的致冷水管与冷却器相连接,所述的水、冷却水和油中置有传感器,所述的电热管、冷却器、传感器与控制器电连接。它能对所产生的湍流强度进行有效控制、且温度起伏谱与大气湍流非常相似,湍流结构具有各向同性的特征。
Description
人们在研究各种波长的光在大气中的传输时，不可避免地会遇到大气湍流问题。为解决这一问题，有用数值来模拟湍流的，但其仅能在现有理论的基础上对简单的情况进行，尤其是大气湍流十分复杂，且不易重复，给深入研究湍流大气中光的传输理论带来了极大的困难。为克服这一难题，人们研制了对流湍流发生池来作为大气湍流运动、湍流扩散的模拟实验装置。如1977年的ADA045539号美国政府报告中披露的一种模拟湍流池，它是在两端开有通光孔的长方形池体中装满水，用设置在池体底部的电热管直接加热池体中的水，以使水产生湍流；可是，这种湍流池因加热管直接裸露在作为湍流介质的水中，而造成了加热的不均匀，故所产生的湍流的外尺度很短，仅7毫米，且缺少大尺度低频分量，不能适应自适应光学技术的研究。还有，在1979年出版的美国《应用光学》第19期杂志中“室内模拟湍流中的光传输”一文也曾公开了一种模拟湍流装置，它是在前述湍流池的基础上，于池的底部设置有平板状的加热通道，用在加热通道中流过热水的方法来加热池中的水以产生湍流；但是，这种装置虽可加大外尺度，却不能很好地模拟太阳加热的时间变化过程，而且整个装置控温差，水的浪费也大。
本实用新型的目的是提供一种能对湍流强度进行有效控制、且温度起伏谱与大气湍流相似的对流湍流发生池。
为实现上述目的，本实用新型为一装满水的池体，池体两端设有通光孔、底部为平板状加热器，特别是所述的平板状加热器为内置油和电热管的箱体，所述的池体的顶部为内置冷却水和致冷水管的平板状冷却水箱，所述的致冷水管与冷却器相连接，所述的池体中置有传感器，所述的电热管、冷却器和传感器与控制器电连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述的电热管为五只以上，且相互平行设置于油中；所述的致冷水管为五只以上，且相互平行设置于冷却水中；所述的传感器为三只以上，分别置于油、水和冷却水中；所述的油为变压器油。
采用这样的结构后，由于发生池底部的加热器为内置油和电热管的平板状箱体，当其加热时，除了加热面温度均匀外，湍流的外尺度高达100mm，远远大于7mm，同时可使池中水的温度均匀缓慢地上升，如同大地在接收了太阳光能量后地温上升一样，而且其加热的温度、时间均是可控的，充分地模拟了太阳光自升起至落下整个过程中对大地的加热变化过程，能量的耗费也降至了最低点。又由于池体的顶部为内置冷却水和致冷水管的平板状冷却水箱，其中致冷水管又外接冷却器，使得作为湍流介质的池体中的水在池体底部被加热后，经热对流达池体顶部时，将遇到与大气中的气体被地温加热上升至高空遇冷空气一样的境况，即冷热交换，产生强对流水体，即湍流；也即该冷却水箱的采用，既加快了池体中水的湍流的产生，又使模拟的逼真度更接近于实际。再由于控制器及与其电连接的传感器、电热器、冷却器的存在，使发生池也具有稳定性、重复性好、易控制的特点。最终使该池里的湍流结构不但具有各向同性特征，还有类似实际大气中的大尺度结构的存在，为自适应光学补偿实验、激光传输和光学工程实验、大气对流边界层及污染扩散实验提供了充分的条件。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
图1是本实用新型的一种基本结构示意图。
参照图1，长为1.2米、宽为0.6米、高为0.6米的池体1中置有满水2和传感器7。池体1的底部为平板状加热器4，在注满变压器油3的平板状加热器4中纵向平行置有9根电热管5以及传感器7。池体1的顶部为平板状冷却水箱10，该冷却水箱10中装有冷却水11和置有传感器7，外接冷却器12的9根致冷水管9沿冷却水箱10的纵向平行设置于冷却水11中。池体1的两端分别开有直径为200毫米的通光孔6。控制器8分别与传感器7、冷却器12、电热管5电连接。
使用时，接通控制器8电源，使电热管5和冷却器12工作，以使池体1中水2的温度均匀缓慢地上升，随着瑞利(Rayleight)数的增大，当温度差达一定阈值时，水2流变成强非周期运动，即出现湍流。控制器8可按预先设定的参数，根据池体1中水2、油3、冷却水11中的传感器7的反馈信号，自行控制电热管5的电压、电流的大小和冷却器12制冷量的大小，以达所需湍流结构、值的要求。
Claims (5)
1．一种对流湍流发生池，包括装满水(2)的池体(1)的两端设有通光孔(6)、底部为平板状加热器(4)，其特征在于：所述的平板状加热器(4)为内置油(3)和电热管(5)的箱体，所述的池体(1)的顶部为内置冷却水(11)和致冷水管(9)的平板状冷却水箱(10)，所述的致冷水管(9)与冷却器(12)相连接，所述的池体(1)中置有传感器(7)，所述的电热管(5)、冷却器(12)和传感器(7)与控制器(8)电连接。
2．根据权利要求1所述的发生池，其特征是电热管(5)为五只以上，且相互平行设置于油(3)中。
3．根据权利要求1所述的发生池，其特征是致冷水管(9)为五只以上，且相互平行设置于冷却水(11)中。
4．根据权利要求1或2或3所述的发生池，其特征是传感器(7)为三只以上，分别置于油(3)、水(2)和冷却水(11)中。
5．根据权利要求1所述的发生池，其特征是油(3)为变压器油。
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|---|---|---|---|---|
| CN102129806A (zh) * | 2011-02-22 | 2011-07-20 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 大气环境模拟装置 |
| CN102840963A (zh) * | 2012-09-18 | 2012-12-26 | 太原科技大学 | 大气湍流与激光相互作用的复合气流发生装置 |
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2000
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| CN102129806B (zh) * | 2011-02-22 | 2013-03-13 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 大气环境模拟装置 |
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