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可移动式风蚀风洞设计及其空气动力学性能研究

范贵生  
【摘要】:本文在分析回顾风蚀研究与风蚀风洞国内外发展现状的基础上,论述了研发可移动式风蚀风洞的必要性,通过分析风蚀实验研究对大气边界层模拟的相似性要求和对风蚀风洞测试功能的要求,提出了可移动式风蚀风洞设计的空气动力学准则和设计条件。根据所提出的设计准则,进行了可移动式风蚀风洞的设计制造及配套测试装置的设计研究。最后进行了整体性能和功能部件性能的校验测试和评估。 所设计的风蚀风洞的全长为 11.8m, 其中试验段长 7.2m;截面宽为 1.0m, 高为1.2m;收缩段长 1.2m, 收缩比为 1.7;稳定段长为 0.41m, 宽为 1.16m, 高为 1.76m,内置不锈钢正六边形蜂窝器和一层 18 目不锈钢纱网;配套风机为 1.4m 直径、型号为BK-57 型的轴流风机,由型号为 40G 型的 40KW 发电机组驱动;配套的测试装置包括由皮托管、微差压变送器、模数转换模块和计算机所组成的压力、风速测试系统、风速廓线仪和旋风式集沙仪;配置的辅助功能部件有加沙器和人工套大气边界层模拟装置。风洞的风速在 0~20m/s 风速范围内连续可调。风洞各段之间易于连接和分离,实现了野外测试时便于移动和运输的功能。 经试运行和机动性能试验,风洞总体机械性能达到了设计要求,各功能部件均实现了预定的功能。经性能测试,在空洞条件下的各项空气动力学指标均符合设计要求;人工大气边界层调节装置能能将边界层厚度从 10 ㎝增厚至 96 ㎝左右,并能将风速廓线调节至所需的形状,实现了气流边界层的增厚和风速廓线的调节功能;研制配置的加沙装置能使风洞模拟不同挟沙程度的挟沙风。多旋风分离器式集沙仪对于 0.076mm以上粒径的土壤悬浮颗粒的收集效率可达 97%以上。 本研究为风蚀研究提供了一个具有大气边界层模拟和风速廓线调节功能、既能用于野外又能用于实验室内进行风蚀实验研究的良好的研究工具,为可移动式风蚀风洞的理论研究奠定了基础。


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