[發(fā)明專利]面均勻降雨場模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410013521.0
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103885095A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高太長;劉西川;劉磊;趙世軍;翟東力
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: G01W1/18
• 分類號: G01W1/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可模擬降雨真實(shí)空間分布的面均勻降雨場模擬裝置，主要用于氣象自動化測量的標(biāo)定和相關(guān)科學(xué)研究中，為降雨分布特征測量與研究提供一個精細(xì)化定量、標(biāo)準(zhǔn)可控、與真實(shí)降水相一致的參考環(huán)境。

背景技術(shù)

降雨現(xiàn)象是指由云中落下的水滴構(gòu)成的一種降水現(xiàn)象，對降雨的特征描述量主要有降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨時數(shù)及其時空分布等宏觀量和雨滴的大小、形狀、速度、譜分布等微觀量。人工降雨模擬裝置可以模擬與真實(shí)降水相近的宏觀和微觀特征，主要用于降雨測量儀器的定標(biāo)和水土流失的試驗(yàn)研究，對于氣象科學(xué)研究、土壤侵蝕和山體滑坡機(jī)理分析等有著重要的意義。

根據(jù)模擬降雨場的范圍不同，人工降雨模擬裝置主要分為單點(diǎn)和區(qū)域兩種。單點(diǎn)降雨模擬裝置主要用于氣象領(lǐng)域翻斗雨量計(jì)、雨量筒等降水測量儀器的檢定和定標(biāo)。流量式標(biāo)準(zhǔn)雨量檢定裝置只能夠利用步進(jìn)電機(jī)和活塞控制水流的總量和流速，但是無法控制雨滴的大小和速度；玻璃球模擬雨滴只能模擬球形雨滴的大小，無法模擬雨滴的真實(shí)形狀，而且無法控制速度；單點(diǎn)降雨模擬裝置最大的問題是只能模擬單個雨滴和單點(diǎn)信息，無法模擬雨滴的大小以及多個雨滴的空間分布，即降雨場，從而導(dǎo)致無法判斷雨滴譜儀等測量譜分布的準(zhǔn)確度。

區(qū)域降雨模擬裝置主要用于徑流土壤作用、水土保持、酸雨侵蝕影響等研究。該裝置通過一系列噴頭的噴灑來模擬降雨，目前已有201110130837.4、201110113318.7、200910021960.5等專利，但是只能夠利用水壓和水流來控制雨強(qiáng)和雨量；所采用噴口或針頭噴出的水滴與水壓有關(guān)，無法精確控制水滴的大小，噴出來的水滴大多為大水滴，與真實(shí)雨滴尺度和形狀特征不符；噴口的個數(shù)有限，即使優(yōu)化噴口位置也無法保證噴灑的均勻性，與真實(shí)空間分布特征不符。

在自然環(huán)境中往往有風(fēng)、湍流存在，導(dǎo)致自然降雨的特征復(fù)雜多變，但是現(xiàn)有單點(diǎn)降雨模擬裝置和區(qū)域降雨模擬裝置均沒有考慮這些因素，從而導(dǎo)致無法真實(shí)再現(xiàn)自然降雨，因此迫切需要能夠模擬自然降雨真實(shí)空間分布特征以及環(huán)境風(fēng)場的面均勻降雨場模擬裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有裝置的缺點(diǎn)和不足，能夠模擬自然降雨真實(shí)空間分布特征以及環(huán)境風(fēng)場的面均勻降雨場模擬裝置，為降雨測量儀器定標(biāo)和土壤侵蝕研究等多種領(lǐng)域的研究提供精細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)可控場。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：面均勻降雨場模擬裝置，其特征在于：包括供水單元、水流控制單元、噴灑單元和排水單元，其中，供水單元包括儲水箱、供水箱、導(dǎo)流管和水泵，水流控制單元包括進(jìn)水管和多路水流控制閥，噴灑單元包括不同直徑(規(guī)格)的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，位置調(diào)整單元包括步進(jìn)電機(jī)、水平導(dǎo)軌和升降桿，風(fēng)場控制單元包括鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)速調(diào)節(jié)閥和導(dǎo)流板，排水單元包括引流槽和排水泵；所述水流控制單元包括進(jìn)水管和水流控制閥，水流控制閥與不同規(guī)格的針頭相連，設(shè)置的水流水壓與針頭規(guī)格相配套，通過設(shè)置不同大小的水壓來精確控制針頭滴出的水滴大小及其滴落速率。

供水單元中儲水箱用于儲水，水泵通過導(dǎo)流管將儲水箱的水導(dǎo)入到供水箱，保證供水箱始終保持充滿狀態(tài)，保持恒定的壓力，供水箱在水流控制單元的控制下輸出水流。

供水單元設(shè)置于室外，在冬天移至室內(nèi)。

所述噴灑單元包括不同規(guī)格的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥,噴灑單元中空氣噴頭位于針頭上方，在空氣控制閥的控制下向下噴出空氣，帶動水滴脫離針頭，利用風(fēng)壓可以進(jìn)一步調(diào)整滴落水滴的大小。

設(shè)有位置調(diào)整單元；位置調(diào)整單元包括水平與垂直導(dǎo)軌或升降桿,水平導(dǎo)軌在垂直導(dǎo)軌中可控滑動或隨升降桿升降，位置調(diào)整單元中不同規(guī)格的針頭放置于水平導(dǎo)軌不同位置，步進(jìn)電機(jī)帶動針頭實(shí)時調(diào)整水平位置，通過升降桿帶動噴灑單元的升降調(diào)整水滴的降落高度；

所述風(fēng)場控制單元包括風(fēng)速調(diào)節(jié)閥、鼓風(fēng)機(jī)和導(dǎo)流板，鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)速調(diào)節(jié)閥的控制下輸出不同的風(fēng)速，導(dǎo)流板保證風(fēng)場平行，主要用于模擬自然條件下不同風(fēng)速對降雨的影響；

所述排水單元包括引流槽和排水泵，引流槽設(shè)置于室內(nèi)地板之上，排水泵通過引流槽將地面積水排出。

進(jìn)一步的，本發(fā)明面均勻降雨場模擬裝置的針頭直徑介于0.05mm～0.5mm之間，共10種規(guī)格，空氣噴頭的噴出速度介于0m/s～20m/s。

進(jìn)一步的，本發(fā)明面均勻降雨場模擬裝置的水平導(dǎo)軌呈交叉排列，不同規(guī)格針頭可以在水平導(dǎo)軌上自由移動，根據(jù)需要可以使其移動到任意位置。

進(jìn)一步的，本發(fā)明面均勻降雨場模擬裝置的水滴降落高度可以從1m～5m調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明面均勻降雨場模擬裝置的模擬風(fēng)速范圍介于0m/s～10m/s之間。