可移动式风蚀风洞及其辅助系统设计原理与应用

目 录

第1章 国内外可移动式风蚀风洞概述1

1 1 可移动式风蚀风洞的产生?作用与特点1

1 1 1 土壤风蚀研究与风蚀风洞1

1 1 2 可移动式风蚀风洞的地位与作用5

1 1 3 可移动式风蚀风洞的类型及主要特点6

1 2 可移动式风蚀风洞研究进展8

1 2 1 国外可移动式风洞研究进展8

1 2 2 国内移动式风蚀风洞研究进展13

参考文献22

第2章 可移动式风蚀风洞设计的理论基础28

2 1 理论基础概述28

2 1 1 相似理论28

2 1 2 误差理论31

2 1 3 异常值检验与剔除33

2 2 可移动式风蚀风洞设计的动力学相似准数39

2 2 1 大气边界层湍流运动方程与相似准数39

2 2 2 流动雷诺数 (Reynoldsnumber )42

2 2 3 罗斯贝数 (Rossbynumber )42

2 2 4 弗劳德数 (Froudenumber )43

2 2 5 普兰特数 (Prandtlnumber )43

2 2 6 皮克莱数 (Pecletnumber )44

2 3 含沙气流流场44

2 3 1 颗粒起动与受力分析44

2 3 2 运动方程47

2 3 3 含沙流场动力学相似准则48

2 4 平均风速剖面模拟50

2 4 1 对数律表示法50

2 4 2 指数律表示法53

2 5 大气边界层湍流特性模拟55

2 5 1 湍流强度模拟55

2 5 2 脉动风功率谱模拟56

2 5 3 湍流积分尺度模拟 57

2 5 4 静压梯度模拟58

参考文献58

第3章 可移动式风蚀风洞气动结构设计63

3 1 可移动式风蚀风洞洞体设计63

3 1 1 风蚀风洞洞体气动方案与结构设计63

3 1 2 风蚀风洞洞体气动结构介绍65

3 1 3 实验段 (workingsection )设计65

3 1 4 尾部扩散段 (diffusingsection )设计71

3 1 5 收缩段 (contractionsection )设计71

3 1 6 转角段 (turningsection )设计74

3 1 7 稳定段 (stabilitysection )设计76

3 1 8 过渡段 (transitionsection )设计78

3 2 风洞能量比估算78

3 2 1 能量比定义78

3 2 2 实验段能量损失估算79

3 2 3 尾部扩散段能量损失估算81

3 2 4 收缩段能量损失估算82

3 2 5 稳定段能量损失估算83

3 2 6 转角段能量损失估算85

3 2 7 过渡段能量损失估算87

3 2 8 进气段能量损失估算87

3 2 9 动力段能量损失估算88

3 2 10 风机选择89

3 3 动力段设计90

3 3 1 风扇设计90

3 3 2 导流片设计98

3 3 3 整流罩设计102

3 3 4 风扇效率校核104

参考文献105

第4章 大气边界层实验模拟方法107

4 1 模拟方法108

4 1 1 被动模拟方法109

4 1 2 主动模拟方法113

4 2 CFD数值模拟技术115

4 2 1 大气边界层控制方程116

4 2 2 湍流的数值模拟方法117

4 2 3 CFD软件求解过程120

4 2 4 多孔介质模型 121

4 3 模拟实例1— ——NK￣1可移动式风蚀风洞模拟装置122

4 3 1 模型的选取123

4 3 2 划分计算网格123

4 3 3 引入多孔介质模型124

4 3 4 参数设置125

4 3 5 多孔介质模型模拟结果126

4 3 6 引入棒栅验证127

4 3 7 棒栅-粗糙元模拟装置对流场特性的影响129

4 3 8 室内风洞实验研究137

4 4 模拟实例2— ——OFDY-1 2型风洞大气边界层模拟装置140

4 4 1 平行棒栅与粗糙元的设计140

4 4 2 具体调节和布置方法140

4 4 3 风洞风速廓线调节结果与结论141

参考文献143

第5章 可移动式风蚀风洞辅助系统及测量147

5 1 数据采集与控制系统147

5 1 1 概述147

5 1 2 系统硬件模块148

5 1 3 系统软件模块151

5 2 风速测试系统152

5 2 1 风速测量方法概述152

5 2 2 单点风速测量方法154

5 2 3 平均风速剖面测量仪156

5 2 4 测试系统组成157

5 3 接地与保护158

5 4 空风洞流场动力学性能检测159

5 4 1 实验段流场性能检测159

5 4 2 空风洞壁面边界层检测175

5 4 3 风洞能量比检测182

参考文献183

第6章 土壤风蚀物采集器 ———集沙仪184

6 1 集沙仪简介184

6 1 1 国外集沙仪简介184

6 1 2 国内集沙仪简介193

6 2 集沙仪设计实例200

6 2 1 集沙仪设计原则200

6 2 2 南开大学集沙仪设计实例201

6 2 3 内蒙古农业大学旋风分离式集沙仪设计实例 209

参考文献212

第7章 排沙器和原状取土器215

7 1 排沙器研究现状及设计215

7 1 1 排沙器的研究现状215

7 1 2 内蒙古农业大学排沙器215

7 1 3 “喷沙 ”模拟装置217

7 2 原状取土器219

7 2 1 原状取土器的研究现状219

7 2 2 内蒙古农业大学的原状取土器219

参考文献 223

《可移动式风蚀风洞及其辅助系统设计原理与应用》是以南开大学NK-1可移动式风蚀风洞及其辅助系统设计为核心，详细研究了风蚀风洞及其辅助系统的设计?集沙仪?排沙器和原状取土器。内容包括国内外可移动式风蚀风洞概述；可移动式风蚀风洞设计的理论基础；可移动式风蚀风洞气动结构设计；大气边界层实验模拟方法；可移动式风蚀风洞辅助系统及测量；土壤风蚀物采集器———集沙仪；排沙器和原状取土器。