[发明专利]一种可移动便携式风蚀风洞

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地表风蚀研究的便携式风洞设备。具体地说是一种监测野外地表风蚀、风沙流运动过程的可移动式风洞。

背景技术

对地表风蚀问题的研究，通常采用三种基本办法，一是在自然风作用下进行风速和输沙的野外直接观测；二是实验室风洞模拟研究；三是采用移动式风洞模拟自然风，并在天然地表上直接进行风蚀测量研究。但由于自然风的短暂性和可变性，直接的野外观测周期长，对于各种风况和下垫面条件的风蚀过程之间的比较是极其困难的；对于室内风洞而言，在实验室复制野外真实的地表状况也是极其困难的；

自20世纪50年代至今，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国家相继建起了20多座不同类型的移动便携风洞(见图3、图9)。在我国，中科院兰州沙漠研究所在20世纪60年代建成了室内风沙环境风洞，但直至2003年，国内内蒙古农业大学、中国农业大学尝试建设便携式风洞(见图5、图6)。纵观国内外已有的便携式风洞，主要存在以下几个方面的问题：首先，动力段中心轴线均高于实验段的中心轴线，实验段气流存在悬浮于地表流过的现象，地表风蚀效果不显著(见图4)；其次，澳大利亚和内蒙古林学院设计的风洞，没有扩压口；除内蒙古林学院风洞之外其余风洞没有拐角导流片，即旋转叶栅；中国农业大学和美国设计的风洞，扩散和收缩段呈不对称结构，这些都将减弱实验段气流的均匀性和稳定度。除中科院寒区旱区环境与工程研究所设计的风洞1(见图7，专利号：200810182207.X)和风洞2(见图8)，其余风洞动力段的中心轴线均高于实验段的中心轴线，实验段气流不均匀(多集中于上部)，气流悬浮于地表流过，地表风蚀效果不显著，就中科院寒区旱区环境与工程研究所设计的风洞2，整流段底面低于实验段底面，实验段不能被放置在地面，进而不能开展原始地表的风蚀参数测量；而风洞1没有整流段，流场品质低，风机入口易进沙，影响风机正常运转和实验的实施；

纵观上述，目前国内外风洞还存在设计风速低，基本都在20ms-1以下；比较笨重，不便移动；实验段不透光，不能满足基于现代电子技术、激光技术和数字图像处理技术等测试方法的应用。

发明内容

针对目前国内外现有便携式风洞的不足，本发明的目的旨在提供一种可移动便携式风蚀风洞。利用可移动便携式风蚀风洞，可在风洞中模拟一个独立和可控的自然风条件，又可在野外天然地表上快速而有效的进行风蚀实验。可移动便携式风蚀风洞综合了野外直接观测和室内风洞实验两种方法的优点并避现有风洞的缺点，是风沙科学实验的一项基本设备，是进行风蚀研究的最好方法之一，在野外风成地表过程的原位实验方面具有野外直接观测和室内风洞实验所无法替代的作用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可移动便携式风蚀风洞，风洞为直流吹气式，它是由入口段、动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段、收缩段、第一实验段、第二实验段、第三实验段、扩压口组成，风洞各段均由整体折弯制成的法兰相互连接，并在法兰连接处粘贴密封条；其特征在于：入口段为斜45度的上翘的圆筒形结构，外围呈外翻喇叭口；动力段放置风机，依次外接变频器和汽油发电机组，风机的入风口和出风口处都设有整流罩，电机放置在整流罩内，并预留有散热孔，出风口处设置了反扭导流片；扩散段和收缩段之间设置整流段，整流段由蜂窝器和阻尼网构成；第一实验段、第二实验段和第三实验段为倒扣型“n”形方筒，未设底板，框架与沙地接触，其中的第一实验段是三节不锈钢实验段，第二实验段不锈钢框架玻璃实验段，第三实验段是不锈钢框架落地玻璃实验段，第二实验段和第三实验段左右两侧和顶部是设有合叶的有机玻璃窗，每节实验段顶部的两端都设有戴盖子的开口，置放风速测量装置；除入口段外，其余动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段、收缩段、第一实验段、第二实验段、第三实验段、扩压口的中心均在同一水平轴线上，且动力段、圆形变矩形过渡段、扩散段、整流段和收缩段的下地板与实验段内的地面齐平。

上述变频调速风机调速范围为1-30ms^-1。

本发明的优点和产生的有益效果是：

从设计和野外实验两方面出发，将该风洞较之以往国内外其它便携式风洞的优点和产生的有益效果概述如下：