一种减少扰动的自循环烟气风洞及其流场显示方法技术

本发明专利技术公开了一种减少扰动的自循环烟气风洞及其流场显示方法。减少扰动的自循环烟气风洞，其包括观察箱和风道，观察箱安装有试验模型，风道的首尾两端分别连接观察箱的进口和出口，形成一个封闭式循环风洞；观察箱前端的风道中设置有入口整流格栅，入口整流格栅的格栅板相互平行布设，每块格栅板内部均具有空腔，且格栅板靠近观察箱一侧开设有连通所述空腔的排气口；入口整流格栅中的每块格栅板内部空腔均通过导烟管连通雾化机的出雾口，使雾化机产生的水雾通过所述排气口进入风道中。本发明专利技术可以利用无污染的水雾直观演示风洞实验，而且能够最大限度地降低外设部件对模具本身流场的扰动。

【技术实现步骤摘要】
一种减少扰动的自循环烟气风洞及其流场显示方法
本专利技术属于实验演示仪器领域，具体涉及一种减少扰动的自循环烟气风洞及其流场显示方法。
技术介绍
风洞一般称之为风洞试验。简单地说，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。风洞实验是高校及职业院校中流体力学课程的一项重要的实验，涉及的知识点众多，主要涉及测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验。现有的风洞演示装置的主要功能是：利用烟流法观察气体流过物体产生的绕流图形，观测烟气流线在经过机翼及圆柱体等试件时的迹线。其通常配置为：流线形成通道(风道)、微型风机、实验台桌、发烟装置、试验模型、电子调速装置、照明装置等。其中，发烟装置用于产生烟雾，常规做法是在气流中引入煤烟或有色气体，借助光线对烟气质点的散射，可以显示流体的运动。然而煤烟等气体对于人体是有害的，直接排放显然不行，需要对其经常尾气处理。但是对于小型的风洞演示教学装置而言，增设一个尾气处理装置显然成本过大，因此众多的风洞演示教学装置均采用开放式的设计，尾气直接排放，长久使用会造成师生的身心健康受损。因此，有必要设计一种更环保节能的风洞演示教学装置。
技术实现思路
本专利技术的目的解决现有技术中存在的问题，并提供一种减少扰动的自循环烟气风洞，具体技术方案如下：减少扰动的自循环烟气风洞，其包括观察箱和风道，观察箱安装有试验模型，风道的首尾两端分别连接观察箱的进口和出口，形成一个封闭式循环风洞；观察箱前端的风道中设置有入口整流格栅，入口整流格栅的格栅板相互平行布设，每块格栅板内部均具有空腔，且格栅板靠近观察箱一侧开设有连通所述空腔的排气口；入口整流格栅中的每块格栅板内部空腔均通过导烟管连通雾化机的出雾口，使雾化机产生的水雾通过所述排气口进入风道中。作为优选，所述的入口整流格栅中每块格栅板的排气口位于风道的同一横截面上；每块格栅板均由同一条导烟管提供水雾，且导烟管以与格栅板垂直的角度逐条连通每块格栅板内部空腔；导烟管与格栅板的连通位置与该格栅板的出气口之间的距离至少为导烟管外径的5～8倍。作为优选，所述的观察箱后端的风道中设置有出口整流格栅，出口整流格栅后端的风道中设置有冷凝机，冷凝机的凝水网格设置于风道中；风道中还设置有用于提供空气流动动力的引流器。作为优选，所述的风道中每个拐角处均设有弯道整流格栅。作为优选，所述的风道中，在入口整流格栅之前设置有直径扩大段。作为优选，所述的试验模型包括模型本体、插棒、密封件和负压抽吸装置；所述的模型本体内部中空，其底面中心开设有一个与内腔连通的安装孔，安装孔的表面环绕有密封件；所述的插棒安装于观察箱的演示面板上，且插棒呈管状，一端穿过密封件连通所述模型本体的内腔，另一端通过管道连接负压抽吸装置；所述模型本体与风洞中流体接触的表面均布有毛细孔，毛细孔连通模型本体的表面与内腔。作为上述试验模型的优选，所述的模型本体与风洞中流体接触的表面覆盖有一层吸水材料，使所述的毛细孔不直接连通风洞中的流体。作为上述试验模型的优选，所述的毛细孔直径为毫米级和/或微米级。作为上述试验模型的优选，所述的毛细孔呈弯曲的弧管状，至少具有两个弯折部。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述烟气风洞(任一包含特殊结构试验模型的方案)的模型本体周边流场分布显示方法，其具体步骤如下，将试验模型安装于观察箱的模型装载平板上；然后开启引流器，使风道和观察箱内空气流动，产生循环的流场；启动雾化机，使水雾通过导烟管输送至入口整流格栅的各格栅板中，然后从出气口排出混入循环的空气气流中；含有水雾的空气气流进入观察箱并在试验模型周边形成流场；观察箱中的空气气流从观察箱流出后经过出口整流格栅整流后通过凝水网格，空气中的水雾被凝结至凝水网格中，而剩余的空气则继续在引流器的牵引下继续进入入口整流格栅中与新的水雾混合；在风洞运行过程中，间歇性启动所述的负压抽吸装置，将试验模型表面凝结的液滴通过毛细孔吸入模型本体的内腔中，保持模型本体周边的流场显示真实。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)一改以往的烟气风洞实验仪，将实验中使用的介质：烟，改为对人体无害、无污染的水雾；2)对烟雾源的导烟管位置进行优化，将其隐藏于入口整流格栅中，使得导烟管对流场的扰动大大减少。3)此实验仪设计为自循环式的环形实验箱体，杜绝了箱体外的空气干扰流态。4)采用特殊结构的试验模型，能够有效控制以水雾为烟雾源的试验模型表面凝结水的问题，防止凝结水滴对流场造成扰动。附图说明图1为一种自循环烟气风洞结构示意图；图2为风洞结构中导烟管与格栅板的设置位置示意图；图3为对比例D1中风洞结构中导烟管与格栅板的设置位置示意图；图4为试验模型的结构示意图；图5为模型本体的内部结构示意图；图6为模型本体和插棒的配合关系示意图；图7为图6中Ⅰ-Ⅰ剖面的一种结构示意图；图8为图7中Ⅱ位置的放大示意图；图中：风道1、弯道整流格栅2、整流段3、阀门4、入口整流格栅5、模型装载平板6、观察箱7、试验模型8、悬挂部件9、出口整流格栅10、凝水段11、散热器12、冷凝机13、凝水网格14、引流器15、蓄水箱16、雾化机17、导烟管18、导流管19、模型本体A、插棒B、密封件C、负压抽吸装置D、毛细孔E。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图1所示，为本实施例的减少扰动的自循环烟气风洞结构，其是由风道1、弯道整流格栅2、整流段3、阀门4、入口整流格栅5、模型装载平板6、观察箱7、试验模型8、悬挂部件9、出口整流格栅10、凝水段11、散热器12、冷凝机13、凝水网格14、引流器15、蓄水箱16、雾化机17、导烟管18、导流管19组成的。观察箱7是由透明的有机玻璃制成的，风道1面向观察者的一面也是由有机玻璃制成的。观察箱7两侧固定两个悬挂部件9，可以将其悬挂于墙上进行展示。风道1整体呈C字形，首尾两端分别连接观察箱7的进口和出口，形成一个封闭式循环风洞。观察箱7中的空气流通通道与风道1横截面完全相同。观察箱7中背面安插有一块黑色的模型装载平板6，模型装载平板6上固定有一条插棒，试验模型8安装于该插棒上。风道1中的气流经过试验模型8时会形成特定形状的流场。为了反应模型周边的真实流场，减少气流扰动，在观察箱7前端的风道1中具有一段整流段3，整流段3中设置有入口整流格栅5。入口整流格栅5是由6条相互平行的格栅板组成的，均匀分布在风道1的横截面中。入口整流格栅5的每块格栅板内部均具有空腔，且格栅板靠近观察箱7一侧开设有连通内部空腔的排气口也可以是排气缝。各排气口平齐布置，位于风道1的同一横截面上。入口整流格栅5的中部位置布置有一条与各格栅板垂直的导烟管18，导烟管18顶端密封，管体依次穿越各格栅板，并与各格栅板的内部空腔连通，同时两者的交接部位保持密封。雾化机17设置于蓄水箱16的液面以下，导烟管18的底端连通雾化机17的出雾口，使雾化机17产生的水雾通过各排气口均匀分散至风道1中。为了实现不同位置的水雾添加，可以在各格栅板的排气口之前设置阀门4对该排气通道进行开断控制，阀门4可以采用电磁阀，也可以采用机械式阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，包括观察箱(7)和风道(1)，观察箱(7)安装有试验模型(8)，风道(1)的首尾两端分别连接观察箱(7)的进口和出口，形成一个封闭式循环风洞；观察箱(7)前端的风道(1)中设置有入口整流格栅(5)，入口整流格栅(5)的格栅板相互平行布设，每块格栅板内部均具有空腔，且格栅板靠近观察箱(7)一侧开设有连通所述空腔的排气口；入口整流格栅(5)中的每块格栅板内部空腔均通过导烟管(18)连通雾化机(17)的出雾口，使雾化机(17)产生的水雾通过所述排气口进入风道(1)中。

【技术特征摘要】
1.一种减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，包括观察箱(7)和风道(1)，观察箱(7)安装有试验模型(8)，风道(1)的首尾两端分别连接观察箱(7)的进口和出口，形成一个封闭式循环风洞；观察箱(7)前端的风道(1)中设置有入口整流格栅(5)，入口整流格栅(5)的格栅板相互平行布设，每块格栅板内部均具有空腔，且格栅板靠近观察箱(7)一侧开设有连通所述空腔的排气口；入口整流格栅(5)中的每块格栅板内部空腔均通过导烟管(18)连通雾化机(17)的出雾口，使雾化机(17)产生的水雾通过所述排气口进入风道(1)中。2.如权利要求1所述的减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，所述的入口整流格栅(5)中每块格栅板的排气口位于风道(1)的同一横截面上；每块格栅板均由同一条导烟管(18)提供水雾，且导烟管(18)以与格栅板垂直的角度逐条连通每块格栅板内部空腔；导烟管(18)与格栅板的连通位置与该格栅板的出气口之间的距离至少为导烟管(18)外径的5～8倍。3.如权利要求1所述的减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，所述的观察箱(7)后端的风道(1)中设置有出口整流格栅(10)，出口整流格栅(10)后端的风道(1)中设置有冷凝机(13)，冷凝机(13)的凝水网格(14)设置于风道(1)中；风道(1)中还设置有用于提供空气流动动力的引流器(15)。4.如权利要求1所述的减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，所述的风道(1)中每个拐角处均设有弯道整流格栅(2)。5.如权利要求1所述的减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，所述的风道(1)中，在入口整流格栅(5)之前设置有直径扩大段。6.如权利要求1所述的减少扰动的自循环烟气风洞，其特征在于，所述的试验模型(8)包括模型本体(A)、插棒(B)、密封件(C)和负压抽吸装置(D)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩翔希，冯志强，陈少庆，符妃，余建星，唐友宏，
申请(专利权)人：钦州学院，杭州奔流科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45