(10)申请公布号
(43)申请公布日              (21)申请号 201410715699.X
(22)申请日 2014.11.22
G01M 9/00(2006.01)
(71)申请人中国航空工业空气动力研究院
地址150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区一曼
街2号(哈尔滨市88号信箱)
(72)发明人闫洪囡  张国友  徐辉  曲明
明强
(54)发明名称
大气环境风洞温度层结模拟系统
(57)摘要
一种大气环境风洞温度层结模拟系统，包括
主控制系统、冷却装置、温度成层加热装置、多个
温度传感器、地面冷/热源模拟装置和水循环系
统，主控制系统分别与多个温度传感器、冷却装
置、温度成层加热装置、地面冷/热源模拟装置、
水循环系统电信号连接，水循环系统通过管道和
阀门分别与冷却装置、地面/冷热源模拟装置连
接，冷却装置安装在风洞内稳定段，温度成层加热
装置安装在风洞内试验段，用于对试验段入口空
气进行分层加热，形成梯度温度，地面冷/热源模
拟装置安装在风洞试验段下壁面，其上表面与风
洞试验段下壁面平齐，本系统精度高，对于大气污
染物扩散影响研究风洞试验具有很重要的现实意
义，可实现对试验件周围环境的温度场模拟。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页  说明书3页  附图1页
(10)申请公布号CN 104374542 A (43)申请公布日2015.02.25
C N 104374542
A
1.一种大气环境风洞温度层结模拟系统，包括主控制系统、冷却装置(1)、温度成层加热装置(2)、多个温
度传感器(3)、地面冷/热源模拟装置(4)和水循环系统，其特征在于：水循环系统放置在风洞外的设备间内，主控制系统分别与多个温度传感器(3)、冷却装置(1)、温度成层加热装置(2)、地面冷/热源模拟装置(4)、水循环系统电信号连接，水循环系统通过管道和阀门分别与冷却装置(1)、地面/冷热源模拟装置(4)连接，冷却装置(1)安装在风洞内稳定段，温度成层加热装置(2)安装在风洞内试验段，用于对试验段入口空气进行分层加热，形成梯度温度，地面冷/热源模拟装置(4)安装在风洞试验段下壁面，其上表面与风洞试验段下壁面平齐，多个温度传感器(3)分别安装在冷却装置(1)的后方、温度成层加热装置(2)的前、后方和地面冷/热源模拟装置(4)的上方，用于实时测量其温度值并实时反馈给主控制系统，主控制系统利用接收的反馈温度值通过可编程控制器控制温度模拟量的输出，来调节进入冷却装置(1)和地面冷/热源模拟装置(4)的冷却循环介质的输入温度，从而实现对冷却装置(1)出口空气温度和地面冷/热源模拟装置(4)表面温度的实时调节，主控制系统同时控制调节温度成层加热装置(2)从而实现对大气层结状态的模拟。
2.根据权利要求1所述的一种大气环境风洞温度层结模拟系统，其特征在于：所述的水循环系统包括冷水机组(5)、保温水箱(6)、两个管道加热器(7.9)和闭式冷却塔(8)，冷却装置(1)与保温水箱(6)连接，冷却装置(1)与保温水箱(6)的连接管道上安装有第一管道加热器(9)，冷水机组(5)与闭式冷却塔(8)连接，冷水机组(5)与保温水箱(6)连接，保温水箱(6)与地面冷/热源模拟装置(4)连接，保温水箱(6)还与地面冷/热源模拟装置(4)的连接管道上安装有第二管道加热器(7)；工作时，冷水机组(5)提供0℃的冷却循环介质，通过
水泵经管路、阀门进入冷却装置(1)，与洞内空气进行热交换，通过设置第一管道加热器(9)实现对进入冷却装置(1)的冷却介质温度的精确调整，保证冷却装置(1)出口温度为10℃±1℃；同时也输送给地面冷/热源模拟装置(4)，当需要模拟地面热源时，将第二管道加热器(7)开启，将冷却循环介质加热到指定温度后输送至地面冷/热源模拟装置(4)；当模拟地面冷源时，第二管道加热器(7)关闭，直接将冷却循环介质输送至地面冷/热源模拟装置(4)中，保证地面冷/热源模拟装置(4)的表面工作温度范围达到：10℃～90℃。
大气环境风洞温度层结模拟系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种大气环境风洞温度层结模拟系统。
背景技术
[0002] 大气污染主要来源于居民生活排出的煤气烟气、工矿企业排出的废气以及汽车等现代化交通工具排放的尾气，这些污染物对人类的健康产生了极为不良的影响。
[0003] 种种空气污染事件引起了各国的高度重视。其中风洞试验凭借其测量方便、准确、安全、气流参数易于控制和改变、不受天气变化的影响、可连续试验、利用率高，试验费用低廉等优势成为应用最为广泛的研究方法。
[0004] 目前，我国对于大气污染物的风洞研究仅限于对大气边界层的模拟，即大气风场的模拟，然而大气的重要基本参数不仅包括风场，同时还包括温度场。因此，在进行大气污染物扩散风洞试验研究时，大气温度场是一个非常重要的影响因素。因此，为了全面、准确地研究大气污染物的扩散情况，需要在大气污染物扩散研究的风洞试验中模拟大气温度场环境。即需要在大气环境风洞中增加温度层结模拟系统。
发明内容
[0005] 基于以上不足之处，本发明的目的是公开一种大气环境风洞温度层结模拟系统，该系统实现了在大气污染物扩散风洞模拟试验中对试验件所处位置周边大气温度环境的模拟。
[0006] 本发明所采用的技术如下：一种大气环境风洞温度层结模拟系统，包括主控制系统、冷却装置(1)、温度成层加热装置(2)、多个温度传感器(3)、地面冷/热源模拟装置(4)和水循环系统，水循环系统放置在风洞外的设备间内，主控制系统分别与多个温度传感器(3)、冷却装置(1)、温度成层加热装置(2)、地面冷/热源模拟装置(4)、水循环系统电信号连接，水循环系统通过管道和阀门分别与冷却装置(1)、地面/冷热源模拟装置(4)连接，冷却装置(1)安装在风洞内稳定段，用于控制稳定段出口空气温度，温度成层加热装置(2)安装在风洞内试验段，用于对试验段入口空气进行分层加热，形成梯度温度，地面冷/热源模拟装置(4)安装在风洞试验段下壁面，其上表面与风洞试验段下壁面平齐，用于模拟地面冷源和热源，
多个温度传感器(3)分别安装在冷却装置(1)的后方、温度成层加热装置(2)的前、后方和地面冷/热源模拟装置(4)的上方，用于实时测量其温度值并实时反馈给主控制系统，主控制系统利用接收的反馈温度值通过可编程控制器控制温度模拟量的输出，来调节进入冷却装置(1)和地面冷/热源模拟装置(4)的冷却循环介质的输入温度，从而实现对冷却装置(1)出口空气温度和地面冷/热源模拟装置(4)表面温度的实时调节，主控制系统同时控制调节温度成层加热装置(2)可实现对大气层结状态的模拟。
[0007] 本发明还具有如下技术特征：所述的水循环系统包括冷水机组(5)、保温水箱(6)、两个管道加热器(7.9)和闭式冷却塔，冷却装置(1)与保温水箱(6)连接，冷却装置(1)与保温水箱(6)的连接管道上安装有第一管道加热器(9)，冷水机组(5)与闭式冷却塔
(8)连接，冷水机组(5)与保温水箱(6)连接，保温水箱(6)与地面冷/热源模拟装置(4)连接，保温水箱(6)还与地面冷/热源模拟装置(4)的连接管道上安装有第二管道加热器(7)；工作时，冷水机组(5)提供0℃的冷却循环介质，通过水泵经管路、阀门进入冷却装置(1)，与洞内空气进行热交换，通过设置第一管道加热器(9)实现对进入冷却装置(1)的冷却介质温度的精确调整，保证冷却装置(1)出口温度为10℃±1℃；同时也输送给地面冷/热源模拟装置(4)，当需要模拟地面热源时，将第二管道加热器(7)开启，将冷却循环介质加热到指定温度后输送至地面冷/热源模拟装置(4)；当模拟地面冷源时，第二管道加热器(7)关闭，直接将冷却循环介质输送至地面冷/热源模拟装置(4)中，保证地面冷/热源模拟装置(4)的表面工作温度范围达到：10℃～90℃。
[0008] 本发明的有益效果及优点：
[0009] 1)风洞稳定段设置冷却装置，保证试验段入口温度具有较高的稳定性和均匀性，间接地保证了试验段形成的梯度温度的精度；
[0010] 2)采用的水循环系统，设置了保温水箱，保证系统温度稳定性，同时，设置比例调节阀和开关控制调节阀旁路提高系统运行效率及精度；
[0011] 3)冷却装置采用椭圆翅片管式结构形式，保证具有较好的换热性能的同时，具有较小的压力损失；
[0012] 4)温度成层加热装置采用结构上分层与控制上分层控制相结合的方式，并与温度传感器形成闭环控制，可实现较好温度梯度的同时，具有可接受的压力损失值。
[0013] 6)地面冷、热源模拟装置具有较快上温特性和温度维持性，同时具有足够的刚强度，能够满足其换热性能要求和支撑性能要求。
[0014] 本发明对于大气污染物扩散影响研究风洞试验具有很重要的现实意义，可实现对试验件周围环境的温度场模拟。随着对大气污染物扩散影响研究的深入，其应用前景十分广阔。
附图说明
汽车风洞
[0015] 图1为系统洞内装置的安装位置图；
[0016] 图2为水循环系统工作原理图；
具体实施方式
[0017] 下面根据说明书附图举例做进一步说明：
[0018] 实施例1
[0019] 如图1所示，一种大气环境风洞温度层结模拟系统，包括主控制系统、冷却装置1、温度成层加热装置2、多个温度传感器3、地面冷/热源模拟装置4和水循环系统，水循环系统放置在风洞外的设备间内，主控制系统分别与多个温度传感器3、冷却装置1、温度成层加热装置2、地面冷/热源模拟装置4、水循环系统电信号连接，水循环系统通过管道和阀门分别与冷却装置1、地面/冷热源模拟装置4连接，为其提供一定温度范围的冷却循环介质，温度范围：0℃～95℃，冷却装置1安装在风洞内稳定段，用于控制进入风洞试验段内的空气温度，保证试验段入口温度为10℃±1℃，温度成层加热装置2安装在风洞内试验段，用于对试验段入口空气进行分层加热，形成梯度温度，温度范围：10℃～85℃，地面冷/热源
模拟装置4安装在风洞试验段下壁面，其上表面与风洞试验段下壁面平齐，其工作温度范围：10℃～90℃，多个温度传感器3分别安装在冷却装置1的后方、温度成层加热装置2的前、后方和地面冷/热源模
拟装置4的上方，用于实时测量其温度值并实时反馈给主控制系统，主控制系统利用接收的反馈温度值通过可编程控制器控制温度模拟量的输出，来调节进入冷却装置1和地面冷/热源模拟装置4的冷却循环介质的输入温度，从而实现对冷却装置1出口空气温度和地面冷/热源模拟装置4表面温度的实时调节，主控制系统同时控制调节温度成层加热装置2从而实现对大气层结状态的模拟。
[0020] 如图2所示，水循环系统包括冷水机组5、保温水箱6、两个管道加热器7.9和闭式冷却塔8，冷却装置1与保温水箱6连接，冷却装置1与保温水箱6的连接管道上安装有第一管道加热器9，冷水机组5与闭式冷却塔8连接，冷水机组5与保温水箱6连接，保温水箱6地面冷/热源模拟装置4连接，保温水箱6与地面冷/热源模拟装置4的连接管道上安装有第二管道加热器7；工作时，冷水机组5提供0℃的冷却循环介质，通过水泵经管路、阀门进入冷却装置1，与洞内空气进行热交换，通过设置第一管道加热器9实现对进入冷却装置1的冷却介质温度的精确调整，保证冷却装置1出口温度为10℃±1℃；同时也输送给地面冷/热源模拟装置4，当需要模拟地面热源时，将第二管道加热器7开启，将冷却循环介质加热到指定温度后输送至地面冷/热源模拟装置4；当模拟地面冷源时，第二管道加热器7关闭，直接将冷却循环介质输送至地面冷/热源模拟装置4中，保证地面冷/热源模拟装置4的表面工作温度范围达到：10℃～90℃。
[0021] 试验时，风洞内的空气首先经过冷却装置1，使其达到设定温度值，然后经过温度成层加热装置2形成梯度温度场，从而达到模拟各种大气温度层结状态，最后流经地面冷/热源模拟装置4，形成完整的环境温度状态模拟。在风洞风道内还设置有用于监测温度场的传感器，根据传感器所监测的温度数值，
控制冷却装置1、温度成层加热装置2和地面冷/热源模拟装置4的有选择地开启形式及程度，从而实时精准地调节风洞内部温度环境状态。本系统以大气整体理查森数为基础，可在风洞内完成对大气温度场及地面环境温度的模拟。