野外多功能便携式试验风洞制造技术

本发明专利技术提供一种野外多功能便携式试验风洞。其结构特征是矩形直筒体由可拆装的单元筒体构成，单元筒体选用轻质材料制作，每个单元的长为１ｍ，截面为０．５×０．５ｍ↑［２］，底部置有尼龙毯；单元筒体连接各边用木龙骨或金属板固定，边与边间连接处加装密封条，并用螺栓紧固，轴流风机通过导线连接风速调控装置、稳压器和发电机，在实验段的进风口和出风口处安装垂直风口的整流纱网，矩形直筒体放置样本的一单元为样品室。本发明专利技术能够模拟自然风，提供稳定可靠的可控风速，可在野外条件下进行风蚀、植物风吹响应、土壤地表蒸散发等实验研究。为充分认识植被在风吹胁迫下的生理生态特征，探明沙漠化过程中植物适应机理等提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种多功能便携式风洞，能够模拟自然风，提供稳定可靠的 可控风速，可在野外条件下进行风蚀、植物风吹响应、土壤地表蒸散发等实 验研究。技术背景风洞是为模拟野外风沙现象而设计的。应用风洞实验技术，可以不受野 外复杂自然条件的限制，对不同土壤实验样本和模型所表现出的风蚀特征进行测定，快速、准确地获取大量数据，从而对风蚀现象进行系统分析和研究; 可进行大风对交通、建筑物影响的研究；以及风对农作物影响的研究。目前 国内外所使用的各类型野外风洞因研究内容和目的的不同，性能也有所差异， 其中一些风洞仍属较大型的固定风洞，使用固定电源。但由于传统实验室风 洞所测试样本大多取自室外，样本经长时间的搬运后，其土壤结构、性状等 发生了不同程度的改变，且容易失水而导致植物枯死，从而影响测定实验数 据的代表性。影响测定实验数据的失真主要原因是缺乏相应野外试验模拟设备，因此， 设计一套新型多功能野外便携式试验风洞，能够在野外提供近似自然风况可 调、稳定的风速，以填补研究有关植物生理响应、土壤地表蒸散发等专项风 洞设备的空白，是摆在科技工作者面前的一项科研任务。
技术实现思路
基于上述思路，本专利技术的目的在于提供一种野外多功能便携式试验风洞。 风洞是由几组可拆装单元筒体组成，单元筒体实验段一段为两个不同类型的 样品室。通过调节电机转速来控制风速，使实验段底板以上一定高度内风速 随高度的分布遵循对数律，实现对野外近地表风况的有效模拟。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现-一种野外便携式试验风洞，是由发电机、稳压器、风速调控装置、轴流 风机、矩形直筒体和风速测量装置组成。矩形直筒体由几组可拆装的单元筒体构成，单元筒体长为lm，截面为0.5X0.5 m2，底部置有尼龙毯，单元筒 体的棱边用木龙骨或金属板固定，连接处加装密封条，并用螺栓紧固；轴流 风机通过导线连接风速调控装置(变频器)、稳压器和发电机；实验段的进风 口和出风口处安装垂直风口的整流纱网；矩形直筒体的一单元筒体为实验样 品室，实验样品室分为I、 II不同类型。上述的样品室I底部有开口，顶部设风速测量槽，皮托管穿过风速测量 槽与风速测量装置连接，内部顶端安装人工光源；侧面开有推拉门，另一侧 面开有观测窗口。上述的样品室II底部有开口，侧面开有推拉门，3面为透明钢化玻璃。 整流纱网14垂直安装在实验段的进风口和出风口位置，与平铺在实验段底部起阻尼作用的尼龙毯配合来控制风洞内风速廓线，使之与自然风状况下的风速廓线相近。本专利技术的优点及产生的积极效果是1、 本专利技术将利用风洞研究风蚀、植物生理响应和土壤地表蒸散发等诸多 功能集于一身。将野外采集的样品直接放入单元筒体进行测定和实验研究； 对于研究植物风响应及土壤地表蒸散发的实验研究尤能发挥其功能和作用；2、 本专利技术设计样品室为两个不同的类型，可分别用于研究植物在自然光 及人工光源下对风吹的生理响应特征，可针对不同的实验对象和目的进行相 互更换；3、 本专利技术由发电机提供动力，实验段面由风机及其动力系统决定，可最 大限度的实现对野外实地任意低矮植物或土壤样品的风吹研究。4、 本专利技术通过调节电机转速来控制风速，通过整流纱网的调节和实验段 底板材料阻尼作用的共同影响，使实验段底板以上一定高度内风速随高度的 分布遵循对数律，实现对野外近地表风况的有效模拟。5、 本专利技术分为相对独立的数节单元筒体，根据试验需要拆装单元筒体， 拆装方便，适宜野外环境；6、 本专利技术实验段选用五合板或合金板等轻质材料制作成，结构牢固，易 于搬迁，使用安全；附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2本专利技术'进风口、出风口截面示意图。 图3为图1单元筒体样品室I结构示意图。图4为图i单元筒体样品室n结构示意图。图5为单元筒体样品室试验示意图。 图6为不同风速下风洞内风速的垂直廓线图具体实施方式下面结合附图，将对本专利技术再作进一步说明一种野外多功能便携式试验风洞，是由发电机l、稳压器2、风速调控装置(变频器)3、轴流风机4、整流网、矩形直筒体5和风速测量装置6组成， 矩形直筒体5由3组可拆装的单元筒体7构成，单元筒体7选用五合板或合 金板等轻质材料制作，底部置有尼龙毯15，每个单元的长为1 m，截面为0.5 X0.5m2;单元筒体7的棱边用木龙骨或金属板固定，边与边间连接处加装密 封条11，并用螺栓IO紧固，以防止漏气。风洞内风速由变频器控制电机转 速进行调控；轴流风机4通过导线连接风速调控装置(变频器)3、稳压器2 和发电机l (见图1)。矩形直筒体5 —单元筒体为实验样品室8，样品室分为I 、 II两个不同 的类型。样品室I底部留有开口 16，顶部设风速测量槽17，侧面开有观测窗 口 19及推拉门18。皮托管12穿过风速测量槽17与风速测量装置6连接， 内部顶端安装人工光源(见图3)。样品室II除底面外，其余3面由透明钢化玻璃制成，无风速测量槽17及 观测窗口19，其余部分结构与样品室I相一致(见图4)。整流纱网14垂直安装在实验段的进风口和出风口 13位置(见图2)，与 平铺在实验段底部起阻尼作用的尼龙毯15配合来控制风洞内风速廓线，使之 与自然风状况下的风速廓线相近。该风洞装置经测试证明高风速下的紊流度 小于5%，可以模拟自然风进行实验。本专利技术在模拟自然风进行实验，整流网和风洞底板的阻尼材料对风洞内 的风况进行调整调试十分重要。使用整流网和风洞底板的阻尼材料对风洞内的风况进行调整。调整目标为实验段底部以上20cm范围内风速与高度之间的关系遵循普朗特一冯 卡 曼的对数分布律，底部40 cm宽度范围内的水平流线波动较小且两边对称。在野外，由于边界的阻尼作用，在边界层充分发育的情况下，近地面风 速与高度之间存在对数分布关系。但在风洞内，由于风机线速度在边缘最大， 而在中心最小，加上实验段长度有限，因此，在没有其它调整措施的情况下， 边界层厚度小，风速近似均匀分布。为了调整风洞内垂直方向的风速分布，在实验段前后安装了整流纱网， 并通过与平铺在实验段底部的阻尼材料配合来达到增加边界层厚度的目的。 通过对各种阻尼材料使用效果的比较，最终选择表面较为粗糙的尼龙毯作为 阻尼材料。通过调整整流网和阻尼材料，在实验段末端样本上方20 cm高度 范围内风速与高度之间服从对数分布(见图6)，风速廓线与自然风状况下的 风速廓线相近，风洞地板的粗糙度高度约为0.8 mm。由于受两侧边界的影响， 在风洞两侧附近风速受阻尼作用而衰减，稳定段在中心40cm范围内，因此， 样本宽度也限制在此范围内。通过对实验段不同位置的流场进行测试，样本 放置在风机另一端的末尾附近风况最理想。高风速下的紊流度小于5%，可以 模拟自然风进行吹蚀实验。由于实验用样本均为实物，故不考虑模型相似性。在风洞方向与环境风向一致时，风洞内风速受环境影响较大，风速不稳 定。垂直于环境风向时，风洞内风速变化小。因此，实验时，风洞放置方向 应垂直于环境风向，应尽量在静风或微风天气情况下进行实验。本专利技术在使用野外多功能便携式风洞和野外实地观测研究的基础上，以 科尔沁沙地为主要研究区域，从土壤结构、植被覆盖和微地表结构特征对土 壤风蚀的影响进行了系统研究，探讨了土壤风蚀效应在沙漠化过程中的作用 和植物对风吹处理的响应。1风蚀效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种野外便携式试验风洞，是由发电机（１）、稳压器（２）、风速调控装置（３）、轴流风机（４）、矩形直筒体（５）和风速测量装置（６）组成，其特征是矩形直筒体（５）由几组可拆装的单元筒体（７）构成，单元筒体（７）长为１ｍ，截面为０．５×０．５ｍ↑［２］，底部置有尼龙毯（１５）；单元筒体（７）的棱边用木龙骨或金属板固定，连接处加装密封条（１１），并用螺栓（１０）紧固；轴流风机（４）通过导线连接风速调控装置（３）、稳压器（２）和发电机（１）；实验段的进风口和出风口（１３）处安装垂直风口的整流纱网（１４）；矩形直筒体（５）的一单元筒体为实验样品室（８），实验样品室（８）分为Ⅰ、Ⅱ两种类型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳广阳，移小勇，张铜会，赵哈林，赵学勇，牛丽，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]