[發明專利]一種用于構建可控氣固兩相流場的試驗裝置

在審

• 申請號: 202011194614.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112213072A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 李德順;趙煜;徐夢飛;梁恩培;余牧遙;王清
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G05B19/05
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發明公開了一種用于構建可控氣固兩相流場的試驗裝置，包括輸運螺桿、沙箱、步進電機、排管、風洞、集沙儀和PLC控制裝置，本發明輸沙裝置通過相關設備可以精確、可靠且方便地控制每次輸運顆粒的流率，從而獲得可隨時精準調控的量化的氣固兩相流場，如可根據需要不斷調節顆粒濃度的均勻氣固兩相流場。此外，本發明結構簡單、適用性強：該實驗裝置不局限于沙粒的輸運，可以實現其它顆粒的輸運，以滿足不同的兩相流動的風洞實驗；同時，也不局限于均勻氣固兩相流場，可以通過PLC精確、獨立地控制每個電機的轉速以求最終獲得所需要的分布特征的兩相流場，從而開展有效的風沙兩相流動實驗研究。

技術領域

本發明涉及工程機械技術領域，尤其涉及一種用于構建可控氣固兩相流場的試驗裝置。

背景技術

風洞試驗相比于其他流體力學研究手段具有無可替代的優越性，所以它在流體力學相關理論和應用研究中一直處于主導地位，成為研究風力機、飛行器等流體機械氣動特性的主要手段之一。兩相流動作為一門新興學科，至今發展還很不成熟，尤其是氣固兩相流動機理復雜，很多方面還需要依賴于通過實驗獲得的經驗公式和經驗數據?，F在國內外有許多著名高等院校、研究院所和工廠企業的研究機構都在開展氣固兩相流動的研究。

然而，由于固體顆粒的沉降和輸運問題沒有得到妥善處理，使得氣固兩相實驗中使用的風沙流場不均勻，或是難以方便調節風沙流場中的顆粒分布特征。這些問題使得不同風洞試驗獲得數據和經驗表達式存在較大差距，從而缺少適用性強的統一公式，嚴重制約了氣固兩相流動的研究。例如，在風力機的風沙沖蝕實驗時，風沙流場不均勻會使試樣在單位時間內各單位面積受到的顆粒沖蝕的數目不等，從而使得如此建立的數學模型不準確。

因此，需要一種便于精確構建各種顆粒分布特征的氣固兩相流場的試驗裝置，以提高相關風洞試驗獲取的數據的可靠性。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種用于構建可控氣固兩相流場的試驗裝置。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

本發明包括輸運螺桿、沙箱、步進電機、排管、風洞、集沙儀和PLC控制裝置，所述沙箱的出口與所述輸運螺桿的入口連接，所述輸運螺桿的驅動軸與所述步進電機的轉軸連接，所述輸運螺桿的出口垂直向下設置有下沙口，所述下沙口位于一根L型的排管上端，所述排管的下端位于所述風洞內的中部，所述風洞由風洞混合段、收縮段和實驗段構成，所述風洞實驗段的直徑小于所述風洞混合段的直徑，所述風洞混合段的出口與所述風洞實驗段的入口之間通過一個以維氏曲線作為收縮曲線的收縮段連接，且所述排管的出沙口水平位于所述風洞混合段內，所述風洞實驗段內可設置所述集沙儀，所述步進電機的控制端與所述PLC控制裝置的控制輸出端連接。

優選的，所述輸運螺桿的驅動軸通過所述聯軸器與所述步進電機的轉軸連接。

進一步，所述輸運螺桿、沙箱、步進電機、排管構成一組輸運裝置，所述輸運裝置為多個，多個所述輸運裝置固定設置于支撐系統上，多個所述輸運裝置的排管均與所述風洞連接。

作為改進，每個所述排管入口處均設置有輸氣管，所述輸氣管連接有額外氣源。

作為改進，所述輸氣管與所述額外氣源的連接管道之間設置有壓力閥門。

進一步，所述PLC控制器連接有驅動器、開關電源和220V電源，所述220V電源與所述開關電源本的輸入端連接，所述開關電源的信號反饋端與所述PLC控制器連接，所述開關電源的控制輸入端與所述驅動器的控制信號輸出端連接，所述PLC控制器的控制輸出端與所述驅動器的控制輸入端連接，所述驅動器的信號反饋端與所述步進電機的轉速檢測端連接，所述開關電源的輸出端與所述步進電機的輸入端連接。