[发明专利]热风式湍流模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟大气湍流的装置，可用于实时产生可控的大气湍流。

背景技术

大气湍流是一种随机空气运动状态，具有随机特性的湍流是有规律的层流在流速很大的情况下失稳所形成的。由于人类活动的影响、地球表面对气流拖曳造成的风速剪切、地球表面不同位置所受太阳辐射影响不同、地表热辐射导致的热对流、包含热量释放的相变过程等，造成了温度和速度场的随机改变。由于上述变化，处于流动状态的大气中存在许多温度、压强、密度、流速不同的气流涡漩。这些气流涡漩不停的运动变化，运动之间相互交联、叠加，形成随机的湍流运动，这就是大气湍流。

许多成像系统、大气激光通信系统、自适应光学系统等都是在大气湍流条件下工作。激光束在大气中传输时会受大气湍流的影响而产生随机动态畸变，从而导致成像质量的变坏。为了能更好更方便的研究大气湍流的特性以及对各种系统的影响，在室内进行大气湍流实验已引起人们的极大兴趣。但是要实现对湍流的真实模拟，并且做到在实验室可控可操作，需要满足以下几个条件：(1)湍流分布均匀，强度可调可测；(2)横向风均匀，且风速可调可测；(3)密闭，不受外界环境影响。

国内外文献资料中提到用多种方式产生人造大气湍流。国外有阿拉巴马大学的液晶电视(LCTV)空间光调制装置(SPIE，1997，3073：404-415)，科罗拉多大学基于冷热空气混合的湍流箱(SPIE，1998，3432：50-56)以及马里兰州大学的充液式湍流发生管(SPIE，1998，3432：38-49)等，这些装置都能产生需要的湍流，但是使用不便。

2004年，成都光电所张慧敏等人在论文中提到了一种简易热风式大气湍流模拟装置(光电工程，2004，Vol.31增刊，P.4-7)，该装置通过加热放置在通光管道下部的陶瓷电阻，对传输光束周围的空气加热，再利用顶部的抽气式风扇抽吸热空气形成湍流。但是利用这种方式产生的湍流分布是不均匀的，下强上弱，这是由于陶瓷电阻在下方，导致加热不均匀，同时风扇抽取热空气产生的风速场很乱，并且不是希望的横向风。

发明内容

为了解决现有技术的技术问题，本发明的目的是提供一种能产生一定强度和横向风速的均匀大气湍流、并且方便可调节的热风式湍流模拟装置。

为实现本发明的目的，本发明提供的热风式湍流模拟装置解决技术问题的技术方案包括：调节底板、箱体、进风导管、出风导管、两个窗口玻璃、加热和风速控制器和测量输出显示器；

箱体包括：内箱体、网栅、进风侧向导流板、风口倾斜导流板、风速传感器、温度传感器和外壳；

内箱体固定在箱体的中间，内箱体传输光束；在内箱体的进风一侧固定有网栅，网栅使热气流均匀化，并对气流有缓冲作用；在进风处的箱体和内箱体的空间里放置多块进风侧向导流板，多块进风侧向导流板将进来的热风打散，更有利于网栅对热风进行均匀化；风口倾斜导流板放置在进风口和出风口的下方，将风导进和导出；安放在内箱体出风一侧的风速传感器和温度传感器，实时测量箱体内热风的风速和温度，以便外界实时进行调节；

进风导管包括：加热装置、调速风机A和导风管A；加热装置和调速风机A固定在导风管A的内部，调速风机A固定在加热装置的下方；由导风管A导入的空气被加热装置加热，并在可调速风机A的推动下进入箱体内部；改变加热装置的外加电压改变湍流空气的温度，从而调节湍流的强弱，调速风机A的转速也可以通过改变驱动电压来进行调节，产生不同大小的风速；

出风导管包括：调速风机B和导风管B；调速风机B固定在导风管B内部；调速风机B向上抽取热空气，产生垂直于光束传输方向的横向风，进入箱体内的热空气被强行抽出，并通过导风管B导出测量环境，这样就在箱体内形成了热气流；进风导管和出风导管的长度根据需要任意设置，将进出风导到实验环境外，不让进出风影响实验环境；

箱体和嵌设在箱体上的两个窗口玻璃构成一个前后封闭的装置，前后封闭的装置固定在调节底板上并保证箱体内的热气流不受外界环境的影响；在箱体上端设有进风口和出风口中分别固定进风导管和出风导管，热风由进风导管进及由出风导管出；传输光束通过一个玻璃窗口进入，经过箱体内流动的热空气后，从另一个玻璃窗口射出；利用调节底板可以调节箱体的高度和角度；加热和风速控制器嵌入箱体的安装孔中，加热和风速控制器的输出端与加热装置输入端，调速风机A和调速风机B的输入端连接，用于控制加热器温度和风扇风速；测量输出显示器嵌入箱体的安装孔中，测量输出显示器的一端和位于箱体内的风速传感器和温度传感器连接，实时显示箱体内的风速和温度大小。