[发明专利]用于建筑物和构筑物风沙实验的风沙两相流实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风沙两相流实验装置，特别涉及一种用于建筑物和构筑物风沙实验的风沙两相流实验装置。

背景技术

在20世纪40年代，拜格诺、切皮尔等人开始利用风洞进行风沙运动和土壤风蚀的实验研究。兹纳门斯基专门设计和建造了沙风洞，开展沙地风蚀过程和沙堆防止问题的实验研究。1967年，中国科学院地理研究所的沙风洞在兰州建成投入使用。1988年到1990年，原中国科学院兰州沙漠研究所在沙坡头试验站设计建造了一座中型的土壤风蚀风洞。根据国内外的资料，当前在风洞中进行的风沙模拟实验研究主要包括：风沙运动的实验研究；风蚀作用的试验；风积地貌形态形成的实验研究；风沙电实验；防沙工程模拟实验；林带、林网及防风沙效益的实验研究。综上所述，当前的风沙研究还主要集中于风沙运动现象和防风沙工程方面，还鲜见把风沙运动和其对建筑物和构筑物的作用效应相结合的研究。中国专利CN103091116A公布一种模拟沙漠气候条件下的高速吹沙环境的实验装置，为铁路客车生产中的各相关部件、设备、装置进行耐沙漠气候环境提供实验条件。中国专利CN101398343A公布一种模拟风沙运动和防沙治沙工程的实验装置。中国专利CN103175672A公布一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法。上述专利涉及的风沙两相流实验装置均不能适用于建筑物和构筑物风沙实验，没有考虑实验模拟的风沙两相流的实验相似准则。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于建筑物和构筑物风沙实验的风沙两相流实验装置。本发明的实验装置在基于风沙流运动的风洞实验相似准则基础上，能够考虑沙床面风速的梯度分布和输沙通量的梯度分布。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的风沙两相流实验装置包括直流式大气边界层风洞、风沙流漏沙槽、风沙流供沙床面，以及沙粒回收槽。直流式大气边界层风洞是风沙两相流实验装置的主体结构，风沙流漏沙槽安装固定在直流式大气边界层风洞的实验段前端的风洞外顶部，风沙流供沙床面安装在直流式大气边界层风洞的实验段内，并可在实验段内滑动或固定，沙粒回收槽安装于紧邻直流式大气边界层风洞出口的地面上。

所述的直流式大气边界层风洞包括风扇段、稳定段、蜂窝器和阻尼网、收缩段、实验段和扩散段。风扇段位于直流式大气边界层风洞的最前端，稳定段、蜂窝器和阻尼网、收缩段、实验段和扩散段依次顺序连接；气流通过风扇段进入稳定段，再依次通过蜂窝器和阻尼网、收缩段，进入到实验段，风沙两相流实验在实验段中进行，而后风沙两相流经过扩散段排放出风洞。

风扇转动而使空气从外界进入风洞的稳定段，再经过蜂窝器和阻尼网使气流得到梳理与均匀，然后由收缩段使气流得到加速而在实验段中形成流动方向一致、速度均匀的稳定气流，风洞的气流速度是靠风扇的转速来控制的。扩散段的主要作用是将气流的动能变成压力能，将实验段后的气流尽量降低速度，把动能转变成压力能，减少能量损失。经过扩散段后，气流流出风洞。

所述的沙粒回收槽由安装于紧邻直流式大气边界层风洞出口的地面上。所述的沙粒回收槽侧面和底面封闭，顶面为开口，用于接收吹出风洞的实验用沙，便于实验用沙的循环利用和回收利用。