一種經(jīng)濟(jì)高效的開口直流式冰風(fēng)洞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種經(jīng)濟(jì)高效的開口直流式冰風(fēng)洞，可用于航空航天領(lǐng)域含冰晶顆粒流動(dòng)的研宄和建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域大跨度建筑屋蓋及四周風(fēng)致積雪漂移的模擬。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)洞是能人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具。風(fēng)洞試驗(yàn)不僅在航空和航天工程的研宄和發(fā)展中起著重要作用，隨著工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，在交通運(yùn)輸、房屋建筑等領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。它具有下列顯著優(yōu)點(diǎn):①可以比較準(zhǔn)確地控制實(shí)驗(yàn)條件，如氣流的速度、壓力、溫度等；②實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，受氣候條件和時(shí)間的影響小，模型和測(cè)試儀器的安裝、操作、使用比較方便；③實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容多種多樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度較高實(shí)驗(yàn)比較安全，而且效率高、成本低。因此，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)在空氣動(dòng)力學(xué)的研宄、各種飛行器的研制方面，以及在工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)和其他同氣流或風(fēng)有關(guān)的領(lǐng)域中，都有廣泛應(yīng)用。
[0003]其中，冰風(fēng)洞是一種能在風(fēng)洞洞體內(nèi)產(chǎn)生冰晶顆粒流體的試驗(yàn)裝置，它除了可模擬航空器的飛行情況外，還可模擬航空器飛行時(shí)的結(jié)冰氣象條件。在結(jié)冰氣象條件下，云層中存在大量以液態(tài)形式存在的溫度低于零度的過冷水滴。當(dāng)飛機(jī)在這種氣象條件下飛行時(shí)，過冷水滴撞擊到飛機(jī)的迎風(fēng)面，使得這些表面發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象從而導(dǎo)致機(jī)翼升力降低，阻力增加，操縱性能下降等。實(shí)踐表明，飛機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象會(huì)對(duì)飛機(jī)的飛行安全造成極大的危害。因此，有關(guān)飛機(jī)結(jié)冰方面的研宄相繼展開，其中，數(shù)值模擬和試驗(yàn)研宄是這一領(lǐng)域的主要研宄方法。而冰風(fēng)洞試驗(yàn)是進(jìn)行飛機(jī)結(jié)冰和防冰體系研宄的最重要的試驗(yàn)手段。與此同時(shí)，冰風(fēng)洞亦可應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。例如，大跨度建筑結(jié)構(gòu)屋蓋表面由于大風(fēng)作用會(huì)導(dǎo)致屋面雪荷載的不均勻分布，由此所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)坍塌事故時(shí)有發(fā)生，與之相關(guān)的風(fēng)致積雪漂移的研宄從上世紀(jì)90年代起開始引起美國等發(fā)達(dá)國家的重視。目前，我國也逐步開展了此方面的研宄。而通過冰風(fēng)洞試驗(yàn)研宄風(fēng)致積雪漂移對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)的影響是這一領(lǐng)域的重要研宄方法之一。目前公認(rèn)的能生成冰晶顆粒流動(dòng)氣體的裝置是大型冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，它采用大型制冷設(shè)備生成低溫氣體，從而使氣動(dòng)噴嘴噴出的水顆粒轉(zhuǎn)化為冰顆粒，造價(jià)昂貴，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用也十分高昂，多用于生產(chǎn)性試驗(yàn)，一般的科研試驗(yàn)難以承擔(dān)。而且，大型冰風(fēng)洞試驗(yàn)周期較長，為生成所需要的低溫環(huán)境通常需要數(shù)天時(shí)間，這也大大增加了進(jìn)行科研試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。因此，研發(fā)一種高效率、適用于中小規(guī)模冰風(fēng)洞科研試驗(yàn)的冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種經(jīng)濟(jì)高效的開口直流式冰風(fēng)洞，它既克服了大型冰風(fēng)洞需要配備大型制冷除冰設(shè)備、成本高昂且試驗(yàn)周期長的缺點(diǎn)，又能滿足一般冰雪流體教學(xué)、科研試驗(yàn)的要求。
[0005]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種經(jīng)濟(jì)高效的開口直流式冰風(fēng)洞，包括依次連接的進(jìn)氣口、動(dòng)力段、擴(kuò)散段、穩(wěn)定段、冰雪顆粒生成段和試驗(yàn)段；所述冰雪顆粒生成段內(nèi)設(shè)有液氮噴頭和氣動(dòng)噴頭，所述液氮噴頭通過液氮管路與液氮源連接構(gòu)成液氮制冷系統(tǒng)，所述氣動(dòng)噴頭通過混合管路與壓力氣源和壓力水源連接構(gòu)成水顆粒生成系統(tǒng)；在所述動(dòng)力段內(nèi)安裝有風(fēng)機(jī)。
[0006]該冰風(fēng)洞還包括混合收縮段，所述混合收縮段連接在所述冰雪顆粒生成段和所述試驗(yàn)段之間。
[0007]所述壓力水源通過壓力水管路與所述混合管路連接，在所述壓力水管路上設(shè)置有保溫加熱設(shè)備。
[0008]在所述壓力水源的出口處安裝有壓力水源閥門。
[0009]在所述混合收縮段的出口處設(shè)有溫度和流量測(cè)量裝置。
[0010]所述壓力氣源通過壓力氣體管路與所述混合管路連接，在所述壓力氣源的出口處安裝有壓力氣源閥門。
[0011 ] 在所述液氮源的出口處安裝有液氮源閥門。
[0012]所述液氮源由杜瓦瓶及儲(chǔ)存在其中的液氮組成。
[0013]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過采用在常規(guī)風(fēng)洞的基礎(chǔ)上增設(shè)冰雪生成段，并使冰雪生成段連接液氮制冷系統(tǒng)和水顆粒生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用液氮在冰雪顆粒生成段產(chǎn)生超低溫氣體制冷，并與水顆?；旌仙杀╊w粒，可在數(shù)分鐘之內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)所需的低溫環(huán)境并產(chǎn)生滿足試驗(yàn)要求的冰雪顆粒，具有工藝簡(jiǎn)單、單次試驗(yàn)費(fèi)用低、試驗(yàn)效率高和制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，克服了大型冰風(fēng)洞需要配備大型制冷除冰設(shè)備、成本高昂且試驗(yàn)周期長的缺點(diǎn)，又能滿足一般冰雪顆粒流體教學(xué)、科研試驗(yàn)的要求。本實(shí)用新型可通過改造常規(guī)現(xiàn)有風(fēng)洞形成，將冰雪顆粒生成段和混合收縮段加裝在不同規(guī)格、不同風(fēng)速(低速風(fēng)洞、高速風(fēng)洞等)的風(fēng)洞上可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域(如航空航天、建筑結(jié)構(gòu)等)的科研試驗(yàn)。而將冰雪顆粒生成段和混合收縮段拆除后，又可作為普通風(fēng)洞使用。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的冰雪顆粒生成段立體剖視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型的冰雪顆粒生成段平面剖視圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型的混合收縮段立體剖視圖。
[0018]圖中:1、進(jìn)氣口 ；2、動(dòng)力段；3、擴(kuò)散段；4、穩(wěn)定段；5、冰雪顆粒生成段；6、混合收縮段；7、試驗(yàn)段；8、液氮制冷系統(tǒng)；9、水顆粒生成系統(tǒng)；10、液氮源；11、壓力氣源；12、壓力水源；13、保溫加熱設(shè)備；14、液氮噴頭；15、氣動(dòng)噴頭；16、溫度和流量測(cè)量裝置；17、液氮管路；18、液氮源閥門；19、壓力氣體管路；20、壓力氣源閥門；21、壓力水管路；22、壓力水源閥門；23、試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>【具體實(shí)施方式】
[0019]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0020]請(qǐng)參閱圖1?圖4，一種經(jīng)濟(jì)高效的開口直流式冰風(fēng)洞，包括依次連接的進(jìn)氣口 1、動(dòng)力段2、擴(kuò)散段3、穩(wěn)定段4、冰雪顆粒生成段5和試驗(yàn)段7。
[0021]所述冰雪顆粒生成段5內(nèi)設(shè)有液氮噴頭14和氣動(dòng)噴頭15，所述液氮噴頭14通過液氮管路17與液氮源10連接構(gòu)成液氮制冷系統(tǒng)8，所述氣動(dòng)噴頭15通過混合管路與壓力氣源11和壓力水源12連接構(gòu)成水顆粒生成系統(tǒng)9。在所述動(dòng)力段2內(nèi)安裝有風(fēng)機(jī)。
[0022]在本實(shí)施例中，上述冰風(fēng)洞還包括混合收縮段6，所述混合收縮段6連接在所述冰雪顆粒生成段5和所述試驗(yàn)段7之間。所述壓力水源12通過壓力水管路21與所述混合管路連接，在所述壓力水管路21上設(shè)置有保溫加熱設(shè)備13