[发明专利]风沙环境与工程风洞模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种专门用于模拟风沙运动和防沙治沙工程的大型开口直流吹气式风沙环境与工程风洞模拟装置。

背景技术

我国是世界上遭受风沙危害最严重的国家之一，因风沙问题每年造成的直接损失高达540亿元。风沙灾害已严重危害人民生活、制约社会经济协调发展，成为中华民族的心腹之患。据不完全统计，全国约有1000万亩耕地、15.8亿亩草地、150万亩林地与灌草地因风沙灾害而退化，47个大中城市、172个县城、2.4万多个村庄、1400公里铁路、3万公里公路和5万多公里灌渠常年受灾，直接受灾害性风沙天气危害的人口约4亿、范围占国土总面积的50％以上。为了有效地治理风沙灾害问题，首先必须对沙漠化过程、风沙运动动力学、风沙(尘)灾害形成、土壤风蚀与控制、风沙环境工程理论与技术等方面的基础理论、工程原理进行深入地研究。鉴于风沙运动受地貌、下垫面状况、大气环流等众多因素的影响，直接利用野外数据难以获得满意的研究结果。而在风洞实验中对影响风沙运动相关要素进行调节，获得大量的各种状况下的实验数据，进而揭示风沙运动的基础理论问题。在此基础上，结合对各种地表和野外环境下长期的监测数据，建立风沙运动理论模型，揭示风沙运动规律和服务于风沙防治工程实践。因此，现代风洞模拟技术是解决风沙灾害问题最有效的技术途径。

目前，国内外有一些专门用于风沙研究的风洞实验。中国科学院原兰州沙漠研究所有两座，实验段横截面(宽×高)分别为1.0m×0.6m和1.2m×1.2m，实际运行时的轴心风速均不超过30m/s，主要用于风沙运动的基础理论研究和土壤风蚀实验研究。内蒙古林学院的野外风洞，实验段横截面约1m²，设计最大轴心风速约30m/s。美国的BigSpring土壤风蚀研究站的土壤风蚀简易风洞，影响力较小。土库曼斯坦沙漠研究所的风沙环境风洞，在苏联时代，为风沙环境基础理论研究做出了巨大贡献，但目前已衰落。印度拉贾斯坦的一座环境风洞，横截面不足1.0m²，曾经被用于风沙环境方面的基础理论研究，其影响力很小。综观国内外专门用于风沙环境研究实验室的功能和主要研究方向，目前还没有专门从事风沙环境工程技术的实验室，特别是将风沙环境工程风洞和野外风沙综合观测试验场结合起来进行有效的技术开发和集成。同时，已有的专门用于风沙环境研究的中小型风洞，边界层厚度最大不超过18cm，已不能满足目前风沙环境研究，尤其是大型风沙工程的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种专门用于模拟风沙运动和防沙治沙工程的大型开口直流吹气式风沙环境与工程风洞模拟装置，并兼具污染物扩散、建筑物空气动力学特性等功能。

本发明的技术方案以如下方式实现：一种风沙环境与工程风洞模拟装置，包括洞体、动力系统、测控系统，其特征在于，所述洞体包括依次连接在一起的进气段、过渡段、装有阻尼器的阻尼段、第一扩散段、稳定段、收缩段、速度车、试验段、第二扩散段，所述动力系统与所述进气段连接，用于通过直流电动机为所述风洞提供动力。

其中，风沙环境与工程风洞模拟装置还包括测控系统，所述测控系统包括控制电机、阻尼器、三维移测仪、试验段的顶板、试验段的转盘、第二扩散段的调节板，所述控制电机的转速控制通过独立自动控制子系统、综合自动控制系统或手动面板控制进行控制；所述阻尼器、三维移测仪、试验段的顶板、试验段的转盘、第二扩散段的调节板由独立自动控制子系统或综合自动控制系统进行控制。

其中，调整所述阻尼器菱形叶片的开合角度，用于增强低速气流的平稳度，降低试验段气流速度；所述三维移测仪用于控制系统的三维空间定位精度；所述试验段的顶板用于控制可调节顶板升降高度；所述试验段的转盘用于控制转盘±360°转动，所述第二扩散段的调节板用于通过控制第二扩散段底板的上翘角度来实现实验模型进出风洞试验段。

其中，所述阻尼器包括长轴、单向推力球轴承、轴承座、单列向心球轴承、大齿轮、连轴器、五相混合式步进电机、涡轮减速器、阻尼器壳、菱形叶片和短轴

其中，所述进气段用于通过风扇叶片的高速旋转加速气流，包括风扇段洞体、整流罩、风扇、止旋片，风扇轮毂位于整流罩最大截面处，最大截面之前处外形为椭圆，最大截面之后外形曲线为抛物线，风扇的叶片，每片尖角倒圆，轮毂前后用隔板隔开。

其中，所述过渡段用于减少通过风扇段洞体气流的扰动；横截面的端面法兰为焊接的槽钢结构；所述收缩段用于增加进入试验段的气流流速，且气流均匀；所述收缩段材料为玻璃钢，两端法兰，设有加强筋。