[發明專利]熱風式湍流模擬裝置

有效

• 申請號: 201010605579.6
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102135467A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 李新陽;李敏;凡木文;鄔春明
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及一種模擬大氣湍流的裝置，可用于實時產生可控的大氣湍流。

背景技術

大氣湍流是一種隨機空氣運動狀態，具有隨機特性的湍流是有規律的層流在流速很大的情況下失穩所形成的。由于人類活動的影響、地球表面對氣流拖曳造成的風速剪切、地球表面不同位置所受太陽輻射影響不同、地表熱輻射導致的熱對流、包含熱量釋放的相變過程等，造成了溫度和速度場的隨機改變。由于上述變化，處于流動狀態的大氣中存在許多溫度、壓強、密度、流速不同的氣流渦漩。這些氣流渦漩不停的運動變化，運動之間相互交聯、疊加，形成隨機的湍流運動，這就是大氣湍流。

許多成像系統、大氣激光通信系統、自適應光學系統等都是在大氣湍流條件下工作。激光束在大氣中傳輸時會受大氣湍流的影響而產生隨機動態畸變，從而導致成像質量的變壞。為了能更好更方便的研究大氣湍流的特性以及對各種系統的影響，在室內進行大氣湍流實驗已引起人們的極大興趣。但是要實現對湍流的真實模擬，并且做到在實驗室可控可操作，需要滿足以下幾個條件：(1)湍流分布均勻，強度可調可測；(2)橫向風均勻，且風速可調可測；(3)密閉，不受外界環境影響。

國內外文獻資料中提到用多種方式產生人造大氣湍流。國外有阿拉巴馬大學的液晶電視(LCTV)空間光調制裝置(SPIE，1997，3073：404-415)，科羅拉多大學基于冷熱空氣混合的湍流箱(SPIE，1998，3432：50-56)以及馬里蘭州大學的充液式湍流發生管(SPIE，1998，3432：38-49)等，這些裝置都能產生需要的湍流，但是使用不便。

2004年，成都光電所張慧敏等人在論文中提到了一種簡易熱風式大氣湍流模擬裝置(光電工程，2004，Vol.31增刊，P.4-7)，該裝置通過加熱放置在通光管道下部的陶瓷電阻，對傳輸光束周圍的空氣加熱，再利用頂部的抽氣式風扇抽吸熱空氣形成湍流。但是利用這種方式產生的湍流分布是不均勻的，下強上弱，這是由于陶瓷電阻在下方，導致加熱不均勻，同時風扇抽取熱空氣產生的風速場很亂，并且不是希望的橫向風。

發明內容

為了解決現有技術的技術問題，本發明的目的是提供一種能產生一定強度和橫向風速的均勻大氣湍流、并且方便可調節的熱風式湍流模擬裝置。

為實現本發明的目的，本發明提供的熱風式湍流模擬裝置解決技術問題的技術方案包括：調節底板、箱體、進風導管、出風導管、兩個窗口玻璃、加熱和風速控制器和測量輸出顯示器；

箱體包括：內箱體、網柵、進風側向導流板、風口傾斜導流板、風速傳感器、溫度傳感器和外殼；

內箱體固定在箱體的中間，內箱體傳輸光束；在內箱體的進風一側固定有網柵，網柵使熱氣流均勻化，并對氣流有緩沖作用；在進風處的箱體和內箱體的空間里放置多塊進風側向導流板，多塊進風側向導流板將進來的熱風打散，更有利于網柵對熱風進行均勻化；風口傾斜導流板放置在進風口和出風口的下方，將風導進和導出；安放在內箱體出風一側的風速傳感器和溫度傳感器，實時測量箱體內熱風的風速和溫度，以便外界實時進行調節；

進風導管包括：加熱裝置、調速風機A和導風管A；加熱裝置和調速風機A固定在導風管A的內部，調速風機A固定在加熱裝置的下方；由導風管A導入的空氣被加熱裝置加熱，并在可調速風機A的推動下進入箱體內部；改變加熱裝置的外加電壓改變湍流空氣的溫度，從而調節湍流的強弱，調速風機A的轉速也可以通過改變驅動電壓來進行調節，產生不同大小的風速；

出風導管包括：調速風機B和導風管B；調速風機B固定在導風管B內部；調速風機B向上抽取熱空氣，產生垂直于光束傳輸方向的橫向風，進入箱體內的熱空氣被強行抽出，并通過導風管B導出測量環境，這樣就在箱體內形成了熱氣流；進風導管和出風導管的長度根據需要任意設置，將進出風導到實驗環境外，不讓進出風影響實驗環境；

箱體和嵌設在箱體上的兩個窗口玻璃構成一個前后封閉的裝置，前后封閉的裝置固定在調節底板上并保證箱體內的熱氣流不受外界環境的影響；在箱體上端設有進風口和出風口中分別固定進風導管和出風導管，熱風由進風導管進及由出風導管出；傳輸光束通過一個玻璃窗口進入，經過箱體內流動的熱空氣后，從另一個玻璃窗口射出；利用調節底板可以調節箱體的高度和角度；加熱和風速控制器嵌入箱體的安裝孔中，加熱和風速控制器的輸出端與加熱裝置輸入端，調速風機A和調速風機B的輸入端連接，用于控制加熱器溫度和風扇風速；測量輸出顯示器嵌入箱體的安裝孔中，測量輸出顯示器的一端和位于箱體內的風速傳感器和溫度傳感器連接，實時顯示箱體內的風速和溫度大小。