NK-1可移动式风蚀风洞气动结构设计与研制

发布时间：2020-07-18 05:56

【摘要】：裸土风蚀型开放源是我国城市环境空气颗粒污染物的主要排放源类，只有有效抑制颗粒物排放源，才能从根本上改善城市区域的空气质量。可移动式风蚀风洞是土壤风蚀起尘、迁移、传输等定量研究的重要和首选工具，它的应用能为风蚀预报模型参数本土化、土壤风蚀尘预测系统构建、裸土风蚀开放源防控管理技术措施制定等提供有效、可靠、可行的研究工具和技术手段。论文根据风蚀理论、风洞设计原理、风洞模拟大气边界层的相似理论，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。设计了NK-1可移动式风蚀风洞的气动轮廓，主要由进气段、动力段、过渡段、转角段、稳定段、收缩段、实验段和尾部扩散段组成，总高2.456m，全长15.9m。收缩段收缩比为2.0，风洞能量比为0.414。风洞设计风速为0.3~20m/s且连续可调，风洞各段之间易于连接和分离，便于野外测试时的移动和运输。 NK-1可移动式风蚀风洞的独特设计在于，其一，利用转角设计形成具有向上20°仰角的气动结构，避免了动力段向上偏置产生的非对称性，风洞各段的对称结构设计有效降低了流动能耗，风洞结构更趋紧凑；其二，动力段为自主设计制造，包括风扇系统和导流片、整流罩的气动结构。通过选择高升阻比的翼型风扇，根据需要确定设计工况点，合理选择桨叶和导流片设计参数，如桨毂比、实度、升力系数和圆弧角等，以及整流罩流线型旋成体的设计与计算，验证了风扇系统效率，符合设计要求；其三，利用Fluent软件，引入多孔介质模型方法模拟实际地表大气边界层风速剖面，获得了棒栅+粗糙元组合的优化分布，室内外风洞试验表明，采用该人工大气边界层调节装置，可获得与实际地表相似的对数律平均风速剖面。利用风蚀风洞的数据采集与控制系统，完成了可移动式风蚀风洞实验段流场的空气动力学特征参数湍流度、气流稳定性、气流速度均匀性、轴向静压梯度、风洞能量比各项指标的测试，该风蚀风洞实验段流场性能满足设计要求。本研究为风蚀研究提供了有效的研究工具，为可移动式风蚀风洞的应用奠定了理论基础。
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X513
【图文】：

呼吸道,可吸入颗粒物,沉积率,排放限制

994；BeruBe 等，1997），美国环保局于 1997 年就提出了颗粒物排放标方案，新增了 PM2.5日均标准和年均标准，我国则于 2016 年将正式实2.5的排放限制。图 1.5 IP、TP（PM10）和 RP（PM4和 PM2.5）在呼吸道中穿透曲线

NK-1可移动式风蚀风洞气动结构设计与研制

IP、TP（PM10）和RP（PM4和PM

示意图,中国农业大学,风洞,田间试验

中国农业大学的移动式风蚀风洞，于 2001 年着手研制工作，是我国有应用记载的第二例、自行设计的第一例移动式风蚀风洞，2003 年 9 月应用于北京市郊保护性耕作防风蚀效果评价研究，内容涉及作物残茬高度、覆盖度、地表破坏率和起垄方向等对农田土壤风蚀的影响。该风蚀风洞全长 10.8 米，风洞洞体包括两个过渡段、一个稳定段、一个收缩段和一个长实验段，见图 1.8、图 1.9图 1.8 中国农业大学移动式风蚀风洞结构示意图

【参考文献】