[发明专利]一种用于构建可控气固两相流场的试验装置

说明书

本发明公开了一种用于构建可控气固两相流场的试验装置，包括输运螺杆、沙箱、步进电机、排管、风洞、集沙仪和PLC控制装置，本发明输沙装置通过相关设备可以精确、可靠且方便地控制每次输运颗粒的流率，从而获得可随时精准调控的量化的气固两相流场，如可根据需要不断调节颗粒浓度的均匀气固两相流场。此外，本发明结构简单、适用性强：该实验装置不局限于沙粒的输运，可以实现其它颗粒的输运，以满足不同的两相流动的风洞实验；同时，也不局限于均匀气固两相流场，可以通过PLC精确、独立地控制每个电机的转速以求最终获得所需要的分布特征的两相流场，从而开展有效的风沙两相流动实验研究。

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于构建可控气固两相流场的试验装置。

背景技术

风洞试验相比于其他流体力学研究手段具有无可替代的优越性，所以它在流体力学相关理论和应用研究中一直处于主导地位，成为研究风力机、飞行器等流体机械气动特性的主要手段之一。两相流动作为一门新兴学科，至今发展还很不成熟，尤其是气固两相流动机理复杂，很多方面还需要依赖于通过实验获得的经验公式和经验数据。现在国内外有许多著名高等院校、研究院所和工厂企业的研究机构都在开展气固两相流动的研究。

然而，由于固体颗粒的沉降和输运问题没有得到妥善处理，使得气固两相实验中使用的风沙流场不均匀，或是难以方便调节风沙流场中的颗粒分布特征。这些问题使得不同风洞试验获得数据和经验表达式存在较大差距，从而缺少适用性强的统一公式，严重制约了气固两相流动的研究。例如，在风力机的风沙冲蚀实验时，风沙流场不均匀会使试样在单位时间内各单位面积受到的颗粒冲蚀的数目不等，从而使得如此建立的数学模型不准确。

因此，需要一种便于精确构建各种颗粒分布特征的气固两相流场的试验装置，以提高相关风洞试验获取的数据的可靠性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于构建可控气固两相流场的试验装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括输运螺杆、沙箱、步进电机、排管、风洞、集沙仪和PLC控制装置，所述沙箱的出口与所述输运螺杆的入口连接，所述输运螺杆的驱动轴与所述步进电机的转轴连接，所述输运螺杆的出口垂直向下设置有下沙口，所述下沙口位于一根L型的排管上端，所述排管的下端位于所述风洞内的中部，所述风洞由风洞混合段、收缩段和实验段构成，所述风洞实验段的直径小于所述风洞混合段的直径，所述风洞混合段的出口与所述风洞实验段的入口之间通过一个以维氏曲线作为收缩曲线的收缩段连接，且所述排管的出沙口水平位于所述风洞混合段内，所述风洞实验段内可设置所述集沙仪，所述步进电机的控制端与所述PLC控制装置的控制输出端连接。

优选的，所述输运螺杆的驱动轴通过所述联轴器与所述步进电机的转轴连接。

进一步，所述输运螺杆、沙箱、步进电机、排管构成一组输运装置，所述输运装置为多个，多个所述输运装置固定设置于支撑系统上，多个所述输运装置的排管均与所述风洞连接。

作为改进，每个所述排管入口处均设置有输气管，所述输气管连接有额外气源。

作为改进，所述输气管与所述额外气源的连接管道之间设置有压力阀门。

进一步，所述PLC控制器连接有驱动器、开关电源和220V电源，所述220V电源与所述开关电源本的输入端连接，所述开关电源的信号反馈端与所述PLC控制器连接，所述开关电源的控制输入端与所述驱动器的控制信号输出端连接，所述PLC控制器的控制输出端与所述驱动器的控制输入端连接，所述驱动器的信号反馈端与所述步进电机的转速检测端连接，所述开关电源的输出端与所述步进电机的输入端连接。