一种在风洞内可人工控制的起砂起尘设备的制作方法

1.本发明涉及风洞内进行人工模拟和控制环境条件技术领域，尤其涉及一种在风洞内可人工控制的起砂起尘设备。


背景技术：

2.风洞是空气动力学的研究工具，是能人工产生和控制气流，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，也是用以模拟物体周围气体流动、变化特征的设备。通过风洞实验平台，我们可以度量物体在流动气流中的受力情况，观察相互间产生的物理现象，进而研究和探讨物体的风动力特征和作用，为进一步地优化设计和生产实践提供强有力的数据支撑和科技保障。
3.随着社会经济的发展，科技的进步，风洞建造技术日臻完善，各类风洞层出不穷，被广泛地应用于各行各业中用于研究和模拟风环境条件下物体的流体力学特征。由于试验所需环境人为可控，环境风洞在环境治理、污染物防控等科学研究方面起到了重要的推动作用。当前，随着我国对荒漠化防治、防风固沙、风沙灾害治理等工作的深入推进，为了更深入地了解和探索风沙流特征和动力学机制，风沙环境风洞应用而生。由于风洞试验不需要在野外开展大规模的试验研究，效率高，因此风沙环境风洞在农田防护林配置、风沙灾害防治措施、防风固沙新材料研发等方面越来越受到重视，成为必不可少的研究设备平台。
4.风沙环境风洞可用于模拟风沙流和沙尘暴。主要采用两种方法，一种是在风洞试验段的前端安装漏沙槽，将流沙注入到沙槽中，通过重力作用使其流沙自然泄露下来，然后通过风的作用形成风沙流或是沙尘暴；另一种方法则比较简单，直接在试验段上覆沙，按照一定的覆沙厚度和长度在试验段内形成一段沙层，用来模拟流沙下垫面形成的风沙流。这两种方法虽然可行，但是在实际的风沙流环境模拟过程中均存在一定的缺点：前一种方法中要不断地给安装在顶部的漏沙槽注入流沙，需要耗费大量的人力物力，同时在不同的风速条件下，如何较为准确地控制流沙的漏沙量也是一个难点；后一种方法中，对风沙流要吹蚀的研究物体有一定的局限作用。风沙流主要发生在近地表层20cm内，20cm内的饱和风沙流占近地面输沙量的90%以上，因此，20cm以上随高度的增加，输沙量所占的比例微乎其微。如果研究的对象较小，尺度在20cm内，那么它可以很充分地受到风沙流的吹蚀和胁迫，但是如果研究对象的尺度大于20cm，或者更大一些，那么就不能够充分地受到风沙流的吹蚀，或是研究对象所受风沙流胁迫或沙尘吹蚀不均匀，这种直接覆沙的方法就受到了限制，所获得的研究结果就会不完整或是不准确。
5.因此，在风沙环境风洞中设计并建造一种良好的起砂起尘装置是提升风沙环境风洞研究的准确性和可靠性的关键因素。在设计过程中，既要保证可以很好地模拟近自然状态下的风沙流和沙尘环境条件，还要尽可能地将产生风沙流和沙尘环境的尺度增加，扩大研究范围，这样才能解决当前风沙环境风洞中模拟风沙环境的瓶颈，提高风沙环境风洞的研究准确性。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种有效提高试验效率和研究准确性的在风洞内可人工控制的起砂起尘设备。
7.为解决上述问题，本发明所述的一种在风洞内可人工控制的起砂起尘设备，其特征在于：该设备包括柔性面板、主框架结构、可升降主横梁、可升降副横梁和前端水平延长部件；所述主框架结构的一端设有所述前端水平延长部件，另一端设有所述可升降主横梁，中部设有所述可升降副横梁；所述可升降主横梁和所述可升降副横梁上设有所述柔性面板，该柔性面板的一端与所述前端水平延长部件相接，另一端设有后端自然摆动部件；所述主框架结构的底部一端设有一对刹车滚轮，其底面中部设有一对滚轮。
8.所述柔性面板与所述前端水平延长部件相接处的两侧分别设有可滑动孔槽ⅰ，该前端水平延长部件上设有固定孔槽；所述固定孔槽通过螺栓ⅰ经所述可滑动孔槽ⅰ与所述柔性面板相连。
9.所述柔性面板分别与所述可升降主横梁、所述可升降副横梁相接处的两侧均设有可滑动孔槽ⅱ，该可滑动孔槽ⅱ通过螺栓ⅱ分别与所述可升降主横梁、所述可升降副横梁相连。
10.可升降主横梁包括一对升降支撑杆ⅰ和通过一对所述升降支撑杆ⅰ相连接的横梁ⅰ；所述一对升降支撑杆ⅰ上设有可调节孔槽ⅰ，该可调节孔槽ⅰ连有可调节主旋钮。
11.所述可升降副横梁包括一对升降支撑杆ⅱ和通过一对所述升降支撑杆ⅱ相连接的横梁ⅱ；所述一对升降支撑杆ⅱ上设有可调节孔槽ⅱ，该可调节孔槽ⅱ连有可调节副旋钮。
12.所述主框架结构通过固定螺栓与所述前端水平延长部件相连。
13.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明中柔性面板与前端水平延长部件、可升降主横梁、可升降副横梁相接处的两侧均设有可滑动孔槽，从而实现了柔性面板的整体平移。
14.2、本发明中可升降主横梁和可升降副横梁上设有柔性面板，因此，柔性面板可以实现与主框架结构接触的各部位之间进行上下移动和高度的调整，使各部位产生合理的面板长度和弯曲度，以此调节风沙流产生的饱和距离。
15.3、本发明中设有可升降主横梁和可升降副横梁，因此，可通过垂直升降水平横梁改变柔性面板的高度，从而实现了人工可控以此抬升风沙流和沙尘的水平吹蚀高度，进而可以有效地控制风沙流的吹蚀方向，达到试验设计和要求；同时，还可以通过调节和延伸受风面距离模拟近自然状态下的风沙流特征。
16.4、本发明中主框架结构的底部一端设有一对刹车滚轮，其底面中部设有一对滚轮，因此，可以使本发明在风洞洞体内部前后移动，进而调节饱和风沙流吹蚀距离，不但实现了风洞内起砂起尘设备的可移动性，而且扩展了在风洞内进行风沙试验的尺度大小。
17.5、本发明中柔性面板设有后端自然摆动部件，可以产生瞬时的上下摆动和脉动效应，从而可以模拟出近自然状态的风沙流胁迫效应和沙尘环境条件。
18.6、本发明结构简单、测试效率高，省时省工，提高了试验的效率和研究的准确性，可实现人为控制风沙流和沙尘环境中的起砂或起尘的速度、高度，从而为定向研究植物体或是某一物体在风沙流吹蚀胁迫条件下或是沙尘环境中的生理生化响应机理等研究提供
可靠的科研设备支撑。
附图说明
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为本发明的主视图。
22.图3为本发明中柔性面板移动方位和受力图。
23.图4为本发明中可升降主横梁的示意图。
24.图5为本发明在风洞内进行风沙流胁迫试验示意图。
25.图中：1—柔性面板；2—可升降主横梁；21—升降支撑杆ⅰ；22—横梁ⅰ；23—可调节孔槽ⅰ；3—后端自然摆动部件；41—可滑动孔槽ⅰ；42—可滑动孔槽ⅱ；5—可调节主旋钮；6—刹车滚轮；7—主框架结构；8—可调节副旋钮；9—滚轮；10—固定螺栓；11—前端水平延长部件；12—固定孔槽；131—螺栓ⅰ；132—螺栓ⅱ；14—可升降副横梁；141—升降支撑杆ⅱ；142—横梁ⅱ。
具体实施方式
26.如图1~4所示，一种在风洞内可人工控制的起砂起尘设备，该设备包括柔性面板1、主框架结构7、可升降主横梁2、可升降副横梁14和前端水平延长部件11。
27.主框架结构7的一端设有前端水平延长部件11，另一端设有可升降主横梁2，中部设有可升降副横梁14；可升降主横梁2和可升降副横梁14上设有柔性面板1，该柔性面板1的一端与前端水平延长部件11相接，另一端设有后端自然摆动部件3；主框架结构7的底部一端设有一对刹车滚轮6，其底面中部设有一对滚轮9。
28.其中：柔性面板1与前端水平延长部件11相接处的两侧分别设有可滑动孔槽ⅰ41，该前端水平延长部件11上设有固定孔槽12；固定孔槽12通过可平滑压实的螺栓ⅰ131经可滑动孔槽ⅰ41与柔性面板1相连，使其柔性面板1前部边缘与风洞壁面紧密贴合，并随前端水平延长部件11前后伸缩，保证风沙流充分发育饱和。
29.柔性面板1分别与可升降主横梁2、可升降副横梁14相接处的两侧均设有可滑动孔槽ⅱ42，该可滑动孔槽ⅱ42通过可平滑压实的螺栓ⅱ132分别与可升降主横梁2、可升降副横梁14相连。通过主、副横梁调节高低，进而通过可滑动孔槽ⅱ42前后移动柔性面板1的距离，调节柔性面板1的长度和弯曲度，产生合适的风沙流吹蚀高度，以此抬升风沙流和沙尘的吹蚀高度，进而调节风沙流吹蚀的方向。
30.可升降主横梁2包括一对升降支撑杆ⅰ21和通过一对升降支撑杆ⅰ21相连接的横梁ⅰ22；一对升降支撑杆ⅰ21上设有可调节孔槽ⅰ23，该可调节孔槽ⅰ23连有可调节主旋钮5。
31.可升降副横梁14包括一对升降支撑杆ⅱ141和通过一对升降支撑杆ⅱ141相连接的横梁ⅱ142；一对升降支撑杆ⅱ141上设有可调节孔槽ⅱ，该可调节孔槽ⅱ连有可调节副旋钮8。
32.主框架结构7通过固定螺栓10与前端水平延长部件11相连，并可沿水平方向自由拉伸，调节与主框架结构7之间的距离，使放置在其上的柔性面板1前缘可以紧密地贴合在地表。
33.后端自然摆动部件3为软性材料，可采用布料、塑料等材质，呈长条形、条带状等，沿柔性面板1后部边缘均匀分散开，并紧密地贴合在柔性面板1后部边缘，可随风摆动，模拟产生近自然状态的风沙流特征。
34.柔性面板1的材料可选择不锈钢薄板、铝塑板、玻璃纤维板、pe板、多种塑料等可弯曲、具有一定韧性的材质。
35.实施例：本发明于2018年被用于甘肃省治沙研究所风沙环境风洞内进行旱生植物在风沙环境下的生理生化响应机理的研究。
36.试验过程中，如图5所示，先在风洞试验段内覆一段沙层，约5~6m长，然后将本发明置于试验段后部，距离覆沙层约1~2m；然后，将已经培育好带花盆的植物体置于距离本发明后端20~30cm处；其次，通过可升降主横梁2和可升降副横梁14调整柔性面板1的高度，使之处于合适的位置；最后，开启风洞，调节到起沙风速，即可观察到沙粒沿着柔性面板1随风吹起，此时通过前后平移本发明调节风沙流对植物的吹蚀距离，也可以通过调节可滑动孔槽ⅰ41、可滑动孔槽ⅱ42的间距，进而调整柔性面板1在主框架结构7不同部位的距离和上下位置，进而调节形成合适的饱和风沙流的距离和位置。