本發(fā)明涉及流體流動實驗裝置，具體涉及一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置。

背景技術(shù)：

風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動力試驗最常用、最有效的工具之一，其主要作用是按照一定的規(guī)律產(chǎn)生流場，從而用于研究實驗物體與流場之間的相互影響。風(fēng)洞在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起到了重要的作用，同時也被廣泛運用到了環(huán)境污染、房屋建筑等領(lǐng)域的研究。

基于高速飛行器的設(shè)計及實驗要求，航空和航天工程的研究嚴(yán)格要求風(fēng)洞試驗段流場擁有高雷諾數(shù)，均勻溫度場，且在垂直流動方向無速度差，因此需要強(qiáng)力動力源提供高速流場，以及設(shè)計精密的風(fēng)洞各段洞體提供規(guī)整流場。

不同于航空和航天工程研究中的風(fēng)洞，環(huán)境污染和房屋建筑研究中所對應(yīng)的流場往往是低速的，由于大氣邊界層的影響，在豎直地面方向上具有速度差以及溫度差。同時由于大氣湍流的不可控，在不同的方向上都有可能會存在速度差。

公告號為CN205593725U的中國專利文獻(xiàn)公開了一種試驗風(fēng)洞，用于汽車散熱器翅片換熱和氣動試驗，包括洞體，均設(shè)于洞體內(nèi)的通風(fēng)裝置和發(fā)熱裝置，及用于控制通風(fēng)裝置的通風(fēng)風(fēng)速和發(fā)熱裝置的發(fā)熱溫度的控制裝置；洞體包括依次連接的用于容置通風(fēng)裝置的動力部、沿氣流方向橫截面逐漸增大的過渡部、用于穩(wěn)定氣流的穩(wěn)定部、沿氣流方向橫截面逐漸縮小的收縮部、及用于容置試驗件和發(fā)熱裝置的試驗部。

該實用新型通過設(shè)置過渡部使得在較小風(fēng)洞尺寸前提下避免氣流明顯分離，設(shè)置穩(wěn)定部提高了氣流的均勻性和穩(wěn)定性，收縮部則有利于氣流的減壓加速，同時設(shè)置控制裝置以便于及時調(diào)整檢測數(shù)據(jù)，提高試驗精度、避免數(shù)據(jù)失真。但該實用新型的試驗風(fēng)洞無法使氣流產(chǎn)生非均勻的速度分布。

現(xiàn)有的用于環(huán)境污染及房屋建筑研究的風(fēng)洞，可以模擬大氣邊界層對豎直地面速度分布的模擬，但無法模擬溫度分布，更無法模擬大氣湍流不可控所導(dǎo)致的不同方向上可能存在的無規(guī)則速度分布。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，提出了一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置。解決了現(xiàn)有風(fēng)洞無法模擬實際非均勻流場速度及溫度分布的問題。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置，包括依次排列的動力段、加熱段和檢測段，還包括用于調(diào)控動力段和加熱段的控制臺，所述動力段由整齊排列成陣列形式的兩個或兩個以上的風(fēng)扇組成，形成風(fēng)扇陣列；所述的加熱段由兩個或兩個以上等間距上下排列的加熱管組成，形成加熱管陣列；所述的檢測段由微型速度溫度傳感器組成，形成傳感器陣列，實時測量流場的速度分布及溫度分布并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給控制臺。所述的控制臺與動力段、加熱段和檢測段分別連接，接收來自檢測段的反饋信息同時對動力段和加熱段進(jìn)行控制。

在上述技術(shù)方案中，通過風(fēng)扇陣列作為動力源，對風(fēng)洞中的流體進(jìn)行加速，使其獲得動能。加熱段的加熱管通電產(chǎn)生熱量，將流場中的流體進(jìn)行加熱，使其具有一定的溫度。

為了使風(fēng)洞試驗段內(nèi)形成具有不同速度分布的流場，作為優(yōu)選，可以通過控制臺單獨調(diào)控風(fēng)扇陣列內(nèi)的任一風(fēng)扇，使得風(fēng)扇陣列形成垂直速度方向截面上不同速度分布的流場。

為了使風(fēng)洞試驗段內(nèi)形成具有不同溫度分布的流場，作為優(yōu)選，所述的加熱管內(nèi)等間距布置有微型加熱器，通過控制臺單獨調(diào)控加熱段內(nèi)的任一加熱管內(nèi)的任一微型加熱器，不同微型加熱器的加熱功率不同，使得不同位置的流體的加熱量不一致，從而形成垂直速度方向截面上不同溫度分布的流場。

優(yōu)選的，所述的風(fēng)扇陣列根據(jù)動力段的形狀尺寸變化而設(shè)計成不同的形狀尺寸，可以滿足不同的用戶要求。

優(yōu)選的，所述的動力段、加熱段、檢測段根據(jù)風(fēng)洞試驗段的形狀尺寸設(shè)計并均與風(fēng)洞試驗段保持一致。如此，就不需要設(shè)計特定的流道用于過渡動力段與后部特定形狀尺寸流道，簡化了設(shè)計過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明不需要特定流道設(shè)計的過渡段，動力段形狀尺寸可與風(fēng)洞試驗段保持一致；動力段的風(fēng)扇陣列可直接產(chǎn)生均勻流場，不需要經(jīng)過整流裝置均勻化處理。將動力段、加熱段、檢測段的形狀尺寸根據(jù)風(fēng)洞試驗段設(shè)計并均與風(fēng)洞試驗段保持一致，不需要再另外設(shè)計特定的流道用于過渡動力段與后部特定形狀尺寸流道，簡化了設(shè)計過程。

(2)本發(fā)明可從源頭產(chǎn)生不同形式的流場，可根據(jù)需求實現(xiàn)流場在風(fēng)洞試驗段垂直速度方向截面上的不同速度分布及溫度分布要求?？刂婆_可實時調(diào)控動力段及加熱段，從而實現(xiàn)流場的速度分布及溫度分布的實時變化，可模擬大氣流場的隨機(jī)變化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是控制臺以外的裝置部分的三維結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖3是動力段的風(fēng)扇陣列分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3動力段改變尺寸的風(fēng)扇陣列分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是特殊形狀一的動力段的風(fēng)扇陣列分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是特殊形狀二的動力段的風(fēng)扇陣列分布結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是加熱段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是檢測段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是速度分布形成原理圖；

圖10是溫度分布形成原理圖；

圖11是均勻流場分布示意圖；

圖12是非均勻流場分布示意圖。

圖中各附圖標(biāo)記為：

1、控制臺；2、動力段；3、加熱段；4、檢測段；5、風(fēng)洞試驗段；6、風(fēng)扇；7、加熱管；8、微型加熱器；9、微型速度溫度傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1、2所示，一種不同速度及溫度分布的風(fēng)洞流場產(chǎn)生裝置，包括用于調(diào)控動力段和加熱段的控制臺1，以風(fēng)扇陣列為動力源的動力段2，由加熱管陣列為熱源的加熱段3和檢測段4。其中，動力段2、加熱段3和檢測段4按先后順序排列連接在風(fēng)洞試驗段5的前端。

如圖3所示，動力段2由若干相同型號的風(fēng)扇6整齊地排列成陣列形式。動力段2的形狀尺寸可以按照用戶的風(fēng)洞試驗段5的形狀尺寸要求自行設(shè)計，不再需要設(shè)計特定的流道用于過渡，如圖4，為圖3改變尺寸的動力段風(fēng)扇陣列。甚至可根據(jù)風(fēng)洞試驗段5的特殊流道形狀要求布置特殊排列形式的風(fēng)扇陣列，如圖5、圖6。

將加熱段3、檢測段4的形狀尺寸設(shè)計成與動力段2保持一致，不需要再設(shè)計特定的流道用于過渡動力段2與后部特定形狀尺寸的流道。

如圖7所示，加熱段3中布置有若干加熱管7上下排列，加熱管7的長度根據(jù)加熱段3的形狀尺寸而定，且相鄰加熱管7之間的間距相同，加熱管7內(nèi)等間距布置有微型加熱器8。

如圖8，檢測段4由微型速度溫度傳感器9組成，形成陣列形式。

如圖9，用于調(diào)控動力段2和加熱段3的控制臺1對由風(fēng)扇陣列為動力源的動力段2進(jìn)行調(diào)控，使得陣列中不同位置的風(fēng)扇6擁有不同的轉(zhuǎn)速，原本靜止的空氣在不同轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇的作用下，將形成一定的速度分布，不同位置的空氣存在速度差。

如圖10，用于調(diào)控動力段2和加熱段3的控制臺1對加熱段3進(jìn)行調(diào)控，使得不同位置的加熱管7內(nèi)的微型加熱器8擁有不同的加熱功率，原本溫度均勻的空氣在不同加熱功率的微型加熱器8的作用下，將形成一定的溫度分布，不同位置的空氣存在溫度差。

整套裝置正常使用時，用于調(diào)控動力段2和加熱段3的控制臺1對由風(fēng)扇陣列為動力源的動力段2和由加熱管陣列為熱源的加熱段3進(jìn)行調(diào)控，由風(fēng)扇陣列為動力源的動力段2對空氣進(jìn)行加速，使其獲得動能，驅(qū)動空氣流動，進(jìn)入由加熱管陣列為熱源的加熱段3，布置在其中的加熱管7將對空氣進(jìn)行加熱，形成一定速度分布和溫度分布的流場，以滿足實驗要求。檢測段4內(nèi)的微型速度溫度傳感器9實時測量流場的速度分布及溫度分布并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給控制臺1。

如圖11所示，若所有風(fēng)扇6轉(zhuǎn)速保持一致，則可形成速度均勻的流場，同樣的，若所有微型加熱器8的加熱功率保持一致，則可形成溫度均勻的流場。

如圖12所示，若單獨調(diào)控各個風(fēng)扇6的轉(zhuǎn)速，單獨調(diào)控各個微型加熱器8的加熱功率，則可形成不同速度場和不同溫度場的流場。在此基礎(chǔ)上，控制臺對風(fēng)扇及微型加熱器進(jìn)行實時調(diào)控。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。