一种环境风洞模拟实验装置及其实验检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种环境风洞模拟实验装置及其实验检测方法，其包括有风洞和设置在所述风洞内的移测架，风洞包括有收集器、动力段、大角扩散段、稳定段、收缩段、试验段、扩散段以及出口扩散段，试验段的长宽高尺寸为28m*5m*3.5m，整个风洞的洞体总长为71.1m，其中所述风洞为直流吹气式风洞构型；本方案中的环境风洞能够完成污染污染物在大气中的迁移扩散模拟研究：大缩比模型的风洞模拟、复杂地形影响、中尺度背风坡的模拟研究，降雨、降雪对污染物的扩散的影响研究，气溶胶沉积与再悬浮特性研究，城市区域污染物迁移扩散规律的研究等；可完成污染物在大气边界层中传输扩散以气溶胶干湿沉积研究。

【技术实现步骤摘要】
一种环境风洞模拟实验装置及其实验检测方法
本专利技术涉及大气污染物迁移扩散规律
，具体涉及一种环境风洞模拟实验装置及其实验检测方法。
技术介绍
风洞模拟实验是在风洞中再现全尺度的大气边界层流动及扩散现象的一种物理模拟方法，前提必须保证风洞模型和现场原型两个流动系统的相似性。其中试验段尺寸是风洞流体模拟能力(实现相似性)的决定性因素，它决定着模拟实验的相似性。试验段是安置模型进行实验的部位，试验段尺寸由高度、宽度和长度，试验段截面越大、长度越长，模拟的区域也就越大，模拟的大气边界层越真实，对模拟区域模型缩比处理效果越好。对国内外大气环境风洞的调研结果表明，大气环境风洞的主要用途分为两大类，一是大气扩散与空气污染研究；二是风环境，建筑结构，风振、风载研究。在环境风洞的模拟能力方面，与国内环境风洞相比，国外环境风洞模拟能力显著提高，主要表现为具备干、湿沉积模拟的能力。国内外环境风洞的试验段截面尺寸普遍为宽1.5～6m、高1～4m，其中以加拿大西安大略大学(TheUniversityofWesternOntario)的环境风洞最具有代表性，该环境风洞为双试验段，低速试验段截面为宽4.8m、高3.3m，高速试验段截面为宽3.3m、高2.1m。根据核设施释放放射性污染物对周围环境影响研究的常规要求，对区域性的影响研究一般要求模拟区半径范围为10km。根据相似理论，风洞模型缩比应不高于1:5000，现有国内风洞试验段截面为1.5m×1m，考虑边壁效应之后，可模拟的区域最大半径范围为2.5km，不能很好地同时满足区域性影响研究对模型缩比和模拟区域范围的要求。专利技术内容针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种环境风洞模拟实验装置及其实验检测方法，该环境风洞模拟实验装置及其实验方法和检测方法能够有效模拟大气边界层风洞能够完成污染污染物在大气中的迁移扩散模拟研究，同时还具备干湿沉积模拟功能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种环境风洞模拟实验装置，包括有风洞和设置在所述风洞内的移测架，所述风洞包括有依次相连的收集器、动力段、大角扩散段、稳定段、收缩段、试验段、扩散段以及出口扩散段，其中所述收集器设置在整个风洞的入口处，用于保证气流可以光滑顺利的进入到后续所述动力段中，所述大角扩算段设置在所述动力段和稳定段之间，用于保证所述动力段中的气流到所述稳定段之间的稳定过渡，所述试验段中的风速范围控制在0.2m/s-20m/s，其中试验时用于产生微风的风速范围控制在0.5m/s-5m/s，用于产生中风的风速范围控制在5m/s-20m/s；所述试验段的长宽高尺寸采用可模拟全尺度大气边界层要求的28m*5m*3.5m设计尺寸，整个所述风洞的洞体总长为71.1m，其中所述风洞为直流吹气式风洞构型。进一步，所述移测架包括有沿所述风洞轴向移动的X向移动机构、沿所述风洞水平方向移动的Y向移动机构以及沿所述风洞竖直方向移动的Z向移动机构，其中所述X向移动机构与所述风洞内壁构成沿风洞轴向移动的X向滑动连接，所述Y向移动机构滑动安装在所述X向移动机构上并与其构成沿水平方向的滑动连接，所述Z向移动机构滑动安装在所述Y向移动机构上并与其构成竖直方向的滑动连接。进一步，所述收集器其进口端的截面形状为采用按四分之一的圆弧的设计结构。进一步，所述动力段其进口处安装有一层防止杂物进入的防护网。进一步，所述稳定段内腔安装有蜂窝器。进一步，所述稳定段其内腔还设置有三层阻尼网。进一步，所述扩散段其面积比为二，其扩散角小于6°。进一步，所述Z向移动机构由导轨丝杠组合单元和升降机两部分串联而成，其中所述导轨丝杠组合单元通过设置有的导轨丝杠吊架安装在所述Y向移动机构底端面上，所述导轨丝杠吊架在电机的驱动下可进竖直方向的滑动移动，所述升降机固通过设置有的升降机托架固定安装在所述导轨丝杠组合单元上。同时，本方案还提供一种依据上述环境风洞模拟实验装置的实验方法，该实验方法包括以下步骤：S1、依据相似理论，将待研究的目标做成对应的模型，并放入到环境风洞模拟试验段中；S2、在试验段中，产生按照目标实际条件状态下的风分布环境；S3、监测模型在上述步骤S2风分布环境中的流动和扩散特征。此外本方案还提供一种依据上述环境风洞模拟实验装置中风洞性能指标的检测方法，该检测方法包括对风洞内流速稳定性检测、风洞内气流均匀性检测以及风洞内气流紊流度检测，其中，流速稳定性检测方法为：将热线风速仪安装在所选试验段截面中心，控制电机转速，使流速稳定在某一选定流速，流速稳定后每隔5秒进行数据采集，测试时间为一分钟，每种流速下测三次，将每种流速下三次测得的稳定性系数计算出算术平均值，为所测风洞该流速下的稳定性系数；数据处理公式如下：为稳定性系数；为某次测试中第个瞬时流速值，单位为m/s；为某次测试一分钟内的平均流速值，单位为m/s；气流均匀性检测方法为：气流均匀性校测主要是获取试验段内不同截面上的均匀性系数，检测中，在试验段的不同位置处截取n个截面，在所选取的截面处利用热线风速仪安装在移测架上利用移测架进行移动测量,得到该截面处的风速Vi；气流均匀性数据处理公式如下：紊流度的检测方法为：将热线风速仪安装在所选某一测点上，调整热线风速仪，使流速为零时输出紊流度值为零。控制电机转速，使试验段流速稳定在某一选定流速，流速稳定后采集对应的紊流度值，然后移到下一测点，数据处理公式如下：其中：εi为紊流度；e0为零风速下输出的电压值，单位为v；为输出电压的平均值，单位为v；ei为测点电压值，单位为v。与现有技术相比，本方案具有的有益技术效果为：本方案中风洞通过采用由收集器、动力段、大角扩散段、稳定段、收缩段、试验段、扩散段及出口扩散段等部分组成，其中风洞通体的截面尺寸的设计选择、风洞洞体内动力系统的设计(即试验段内风速的选择和控制)以及洞体之间各段之间的衔接布局，都能够保证风洞其具备模拟全尺度大气边界层的模拟要求，同时风洞内的各段之间布局以及动力系统的选择使其能够具有干湿沉积模拟功能，可模拟大气边界层流动与扩散；风洞设施的试验段截面尺寸、模拟能力和测量技术达到世界同类设施的先进水平；在此基础上，本方案中的上述环境风洞能够完成污染污染物在大气中的迁移扩散模拟研究：大缩比模型的风洞模拟、复杂地形影响、中尺度背风坡的模拟研究，降雨、降雪对污染物的扩散的影响研究，气溶胶沉积与再悬浮特性研究，城市区域污染物迁移扩散规律的研究等；可完成污染物在大气边界层中传输扩散以气溶胶干湿沉积研究；可模拟和测量大气边界层、能够测量空间温度场、湿度场、浓度场、风洞空间流场等；能够完成风洞的自动清洗并配置、试验模型的电装卸设备以减小人工劳动强度；利用计算机集散控制系统实现风洞试验的现场管理、数据采集处理；通过视频子系统对实验过程进行全程监控，最终完成气态流出物在大气边界层中的传输扩散以及气溶胶干湿沉积研究。附图说明图1为本专利技术中环境风洞模拟实验装置结构示意图。图2为本专利技术中移测架机构示意图。图3为本专利技术中移测架上的X向移动机构结构示意图。图4为本专利技术中移测架上的Y向移动机构结构示意图。图5为本专利技术中移测架上的Z向移动机构结构示意图。图6为本专利技术中试验段其上进行测量的截面位置分布图。图7为本专利技术中试验段其上进行气流均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：包括有风洞和设置在所述风洞内的移测架，所述风洞包括有依次相连的收集器、动力段、大角扩散段、稳定段、收缩段、试验段、扩散段以及出口扩散段，其中所述收集器设置在整个风洞的入口处，用于保证气流可以光滑顺利的进入到后续所述动力段中，所述大角扩算段设置在所述动力段和稳定段之间，用于保证所述动力段中的气流到所述稳定段之间的稳定过渡，所述试验段中的风速范围控制在0.2m/s‑20m/s，其中试验时用于产生微风的风速范围控制在0.5m/s‑5m/s，用于产生中风的风速范围控制在5m/s‑20m/s；所述试验段的长宽高尺寸采用可模拟全尺度大气边界层要求的28m*5m*3.5m设计尺寸，整个所述风洞的洞体总长为71.1m，其中所述风洞为直流吹气式风洞构型。

【技术特征摘要】
1.一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：包括有风洞和设置在所述风洞内的移测架，所述风洞包括有依次相连的收集器、动力段、大角扩散段、稳定段、收缩段、试验段、扩散段以及出口扩散段，其中所述收集器设置在整个风洞的入口处，用于保证气流可以光滑顺利的进入到后续所述动力段中，所述大角扩算段设置在所述动力段和稳定段之间，用于保证所述动力段中的气流到所述稳定段之间的稳定过渡，所述试验段中的风速范围控制在0.2m/s-20m/s，其中试验时用于产生微风的风速范围控制在0.5m/s-5m/s，用于产生中风的风速范围控制在5m/s-20m/s；所述试验段的长宽高尺寸采用可模拟全尺度大气边界层要求的28m*5m*3.5m设计尺寸，整个所述风洞的洞体总长为71.1m，其中所述风洞为直流吹气式风洞构型。2.根据权利要求1所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述移测架包括有沿所述风洞轴向移动的X向移动机构、沿所述风洞水平方向移动的Y向移动机构以及沿所述风洞竖直方向移动的Z向移动机构，其中所述X向移动机构与所述风洞内壁构成沿风洞轴向移动的X向滑动连接，所述Y向移动机构滑动安装在所述X向移动机构上并与其构成沿水平方向的滑动连接，所述Z向移动机构滑动安装在所述Y向移动机构上并与其构成竖直方向的滑动连接。3.根据权利要求1所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述收集器其进口端的截面形状为采用按四分之一的圆弧的设计结构。4.根据权利要求1或3所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述动力段其进口处安装有一层防止杂物进入的防护网。5.根据权利要求1所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述稳定段内腔安装有蜂窝器。6.根据权利要求5所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述稳定段其内腔还设置有三层阻尼网。7.根据权利要求1所述的一种环境风洞模拟实验装置，其特征在于：所述扩散段其面积比为二，其扩散角小于6°。8.根据权利要求2所述的一种环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚仁太，张俊芳，黄莎，郭占杰，崔慧玲，徐向军，闫江雨，陈龙泉，张新骞，吕明华，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14