[發明專利]一種低湍流度極低速氣流的微型垂直風洞試驗裝置

有效

• 申請號: 202110241409.2
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113029496B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李室慶;潘定一;邵雪明;曾麗芳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種低湍流度極低速氣流的微型垂直風洞試驗裝置，其包括從下至上依次同軸密封連接且連通的擴散段、穩定段和收縮段；擴散段內部設置有由下至上逐漸縮小的螺旋狀盤管，盤管的頂部沿長度方向均勻開設有若干孔洞，使煙霧發生器產生的煙霧能通過孔洞逸出；穩定段為內壁光滑且上下開口的豎直筒狀結構，其內部從上至下依次水平設有間隔相同且將所在處穩定段內部完全覆蓋的第一阻尼網、蜂窩器、第二阻尼網和第三阻尼網；收縮段為內壁光滑且上下開口的維氏曲線結構，從下至上逐漸收縮。本發明具有設計制作簡單，便于移動，風速控制精確便捷，啟動風速極低，湍流度低的優點，可以用于微小型生物和飛行器三維流場顯示，主要用于風洞試驗。

技術領域

本發明涉及風洞試驗技術領域，具體涉及一種低湍流度極低速氣流的微型垂直風洞試驗裝置。

背景技術

風洞是空氣動力學研究的基本設備，由于氣流流場的不確定性，試驗物體外形的復雜性等因素，空氣動力學研究中大量問題都無法通過理論推導得到，同時為了驗證數值模擬結果的正確性，風洞都是不可或缺的試驗設備。

風洞種類較多，按風洞內氣體是否循環使用可將風洞分為直流式風洞和回流式風洞。回流式風洞多用于對風洞內部壓力有特殊要求和風洞內氣體非空氣的情況下，直流式風洞結構相對簡單且造價低廉，在小型風洞中應用十分廣泛。按風洞內氣體流向可將風洞分為水平風洞和垂直風洞，水平風洞在航空試驗中較為常見，垂直風洞一般用于降落傘測試或娛樂設施。

風洞的湍流度是衡量流場品質的重要指標，大多數的造風設備(如風機、風扇等)出口的風都為旋風，湍流度極高且伴隨大量漩渦，設計合適的風洞結構就變得尤為重要。在極低速情況下，氣體的微小脈動都會對流場品質造成較大影響，低湍流度的要求變得更難滿足。

自然界中許多小尺度生物存在被動緩降的運動方式，例如蒲公英種子、楓樹種子和某些微小昆蟲等。為研究這些生物在空氣中緩慢降落的模式與流場特性，需要借助低湍流度極低速且風速無級可調的微型垂直風洞。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種低湍流度極低速氣流的微型垂直風洞試驗裝置，本發明解決了小尺度生物在極低風速下的垂直風洞試驗中，風洞的低湍流度和風速無級調節難以實現的問題。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種低湍流度極低速氣流的微型垂直風洞試驗裝置，其特征在于，包括從下至上依次同軸密封連接且連通的擴散段、穩定段和收縮段；擴散段外接能夠無極調節風速的控制裝置，通過控制裝置向擴散段的底部穩定輸送氣流；

所述擴散段為內壁光滑且上下開口的筒狀結構，且內徑由下至上逐漸增加；擴散段內部設置有螺旋線徑由下至上逐漸縮小的螺旋狀盤管，盤管的底部直徑與所在處擴散段的內壁直徑相同；盤管的兩端口均位于擴散段的外部，且位于底部的端口與煙霧發生器連通；盤管的頂部沿長度方向均勻開設有若干孔洞，使煙霧發生器產生的煙霧能通過所述孔洞逸出；

所述穩定段為內壁光滑且上下開口的豎直筒狀結構，其內部從下至上依次水平設有間隔相同且將所在處穩定段橫斷面完全覆蓋的第一阻尼網、蜂窩器、第二阻尼網和第三阻尼網；

所述收縮段為內壁光滑且上下開口的結構，從下至上逐漸收縮，并由維氏曲線繞中心軸旋轉而成。

作為優選，所述控制裝置包括Arduino Uno開發板、控制面板、動力元件和顯示屏，Arduino Uno開發板通過線路分別與控制面板、動力元件和顯示屏連接；所述Arduino Uno開發板用于對電壓進行濾波調制以獲得隨時間穩定的初始風速；所述控制面板上設置有粗調節旋鈕和細調節旋鈕，用于通過Arduino Uno開發板調節動力元件的轉速；所述動力元件為用于提供氣流的裝置；控制裝置能夠提供的最大風速為5m/s，最小分辨率為0.01m/s。

進一步的，所述動力元件為ARCTIC P12直流風扇。