面均勻降雨場模擬裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了面均勻降雨場模擬裝置，包括供水單元、水流控制單元、噴灑單元和排水單元，其中，供水單元包括儲水箱、供水箱、導流管和水泵，水流控制單元包括進水管和多路水流控制閥，噴灑單元包括不同直徑的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，位置調整單元包括步進電機、水平導軌和升降桿，風場控制單元包括鼓風機、風速調節閥和導流板，排水單元包括引流槽和排水泵;所述水流控制單元包括進水管和水流控制閥，水流控制閥與不同規格的針頭相連，設置的水流水壓與針頭規格相配套，通過設置不同大小的水壓來精確控制針頭滴出的水滴大小及其滴落速率。本發明能夠模擬并精確控制水滴的大小和空間分布，具有高均勻性和穩定性，為檢驗降雨測量儀器的性能和精度提供可靠依據。
【專利說明】面均勻降雨場模擬裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可模擬降雨真實空間分布的面均勻降雨場模擬裝置，主要用于氣象自動化測量的標定和相關科學研究中，為降雨分布特征測量與研究提供一個精細化定量、標準可控、與真實降水相一致的參考環境。
【背景技術】
[0002]降雨現象是指由云中落下的水滴構成的一種降水現象，對降雨的特征描述量主要有降雨量、降雨強度、降雨時數及其時空分布等宏觀量和雨滴的大小、形狀、速度、譜分布等微觀量。人工降雨模擬裝置可以模擬與真實降水相近的宏觀和微觀特征，主要用于降雨測量儀器的定標和水土流失的試驗研究，對于氣象科學研究、土壤侵蝕和山體滑坡機理分析等有著重要的意義。
[0003]根據模擬降雨場的范圍不同，人工降雨模擬裝置主要分為單點和區域兩種。單點降雨模擬裝置主要用于氣象領域翻斗雨量計、雨量筒等降水測量儀器的檢定和定標。流量式標準雨量檢定裝置只能夠利用步進電機和活塞控制水流的總量和流速，但是無法控制雨滴的大小和速度；玻璃球模擬雨滴只能模擬球形雨滴的大小，無法模擬雨滴的真實形狀，而且無法控制速度；單點降雨模擬裝置最大的問題是只能模擬單個雨滴和單點信息，無法模擬雨滴的大小以及多個雨滴的空間分布，即降雨場，從而導致無法判斷雨滴譜儀等測量譜分布的準確度。
[0004]區域降雨模擬裝置主要用于徑流土壤作用、水土保持、酸雨侵蝕影響等研究。該裝置通過一系列噴頭的噴灑來模擬降雨，目前已有201110130837.4、201110113318.7、200910021960.5等專利，但是只能夠利用水壓和水流來控制雨強和雨量；所采用噴口或針頭噴出的水滴與水壓有關，無法精確控制水滴的大小，噴出來的水滴大多為大水滴，與真實雨滴尺度和形狀特征不符；噴口的個數有限，即使優化噴口位置也無法保證噴灑的均勻性，與真實空間分布特征不符。
[0005]在自然環境中往往有風、湍流存在，導致自然降雨的特征復雜多變，但是現有單點降雨模擬裝置和區域降雨模擬裝置均沒有考慮這些因素，從而導致無法真實再現自然降雨，因此迫切需要能夠模擬自然降雨真實空間分布特征以及環境風場的面均勻降雨場模擬
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【發明內容】
[0006]本發明的目的是:克服現有裝置的缺點和不足，能夠模擬自然降雨真實空間分布特征以及環境風場的面均勻降雨場模擬裝置，為降雨測量儀器定標和土壤侵蝕研究等多種領域的研究提供精細化標準可控場。
[0007]本發明的技術方案是:面均勻降雨場模擬裝置，其特征在于:包括供水單元、水流控制單元、噴灑單元和排水單元，其中，供水單元包括儲水箱、供水箱、導流管和水泵，水流控制單元包括進水管和多路水流控制閥，噴灑單元包括不同直徑(規格)的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，位置調整單元包括步進電機、水平導軌和升降桿，風場控制單元包括鼓風機、風速調節閥和導流板，排水單元包括引流槽和排水泵；所述水流控制單元包括進水管和水流控制閥，水流控制閥與不同規格的針頭相連，設置的水流水壓與針頭規格相配套，通過設置不同大小的水壓來精確控制針頭滴出的水滴大小及其滴落速率。
[0008]供水單元中儲水箱用于儲水，水泵通過導流管將儲水箱的水導入到供水箱，保證供水箱始終保持充滿狀態，保持恒定的壓力，供水箱在水流控制單元的控制下輸出水流。
[0009]供水單元設置于室外，在冬天移至室內。
[0010]所述噴灑單元包括不同規格的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，噴灑單元中空氣噴頭位于針頭上方，在空氣控制閥的控制下向下噴出空氣，帶動水滴脫離針頭，利用風壓可以進一步調整滴落水滴的大小。
[0011]設有位置調整單元；位置調整單元包括水平與垂直導軌或升降桿，水平導軌在垂直導軌中可控滑動或隨升降桿升降，位置調整單元中不同規格的針頭放置于水平導軌不同位置，步進電機帶動針頭實時調整水平位置，通過升降桿帶動噴灑單元的升降調整水滴的降落高度；
[0012]所述風場控制單元包括風速調節閥、鼓風機和導流板，鼓風機在風速調節閥的控制下輸出不同的風速，導流板保證風場平行，主要用于模擬自然條件下不同風速對降雨的影響；
[0013]所述排水單元包括引流槽和排水泵，引流槽設置于室內地板之上，排水泵通過引流槽將地面積水排出。
[0014]進一步的,本發明面均勻降雨場模擬裝置的針頭直徑介于0.05mm?0.5mm之間，共10種規格,空氣噴頭的噴出速度介于Om/s?20m/s。
[0015]進一步的，本發明面均勻降雨場模擬裝置的水平導軌呈交叉排列，不同規格針頭可以在水平導軌上自由移動，根據需要可以使其移動到任意位置。
[0016]進一步的，本發明面均勻降雨場模擬裝置的水滴降落高度可以從Im?5m調節。
[0017]進一步的，本發明面均勻降雨場模擬裝置的模擬風速范圍介于Om/s?lOm/s之間。
[0018]本發明的有益效果是:能夠模擬并精確控制與降雨真實特征相一致的雨滴的尺度、速度和空間分布，不僅可以為降雨測量儀器的定標提供標準參考，也可以為水土流失、土壤侵蝕等研究提供精細化可控環境。該裝置操作簡便、硬件成本低、控制精度高、可調參數多、貼近真實降雨、實用性強、便于推廣。本發明具有高均勻性和穩定性，與真實自然降雨相一致，為檢驗降雨測量儀器的性能和精度提供可靠依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的面均勻降雨場模擬裝置結構示意圖；
[0020]圖2是噴灑單元的放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]圖中儲水箱1、供水箱2、水泵3、導流管4、進水管5、水流控制閥6、噴灑單元
7、步進電機8、水平導軌9、升降桿10、風速調節閥11、鼓風機12、導流板13、引流槽14、排水泵15、針頭16、空氣噴頭17、空氣控制閥18。
[0022]儲水箱I用于儲水，水泵3通過導流管4將儲水箱I的水導入到供水箱2，保證供水箱始終保持充滿狀態，保持恒定的壓力。在水流控制閥6的控制下，將供水箱2中的水經進水管5輸入到噴灑單元7。
[0023]水流控制閥與不同規格的針頭16相連接，根據針頭大小設置不同的水流水壓，通過不同大小的水壓來精確控制針頭滴出的水滴大小及其滴落速率。
[0024]空氣噴頭17位于針頭16上方，在空氣控制閥18的控制下向下噴出空氣，除了重力帶動水滴脫離針頭，利用壓縮空氣使水滴脫離針頭，風壓可以進一步調整滴落水滴的大小。水平導軌可實時調整針頭水平位置，升降桿可以調整針頭垂直高度；鼓風機在風速調節閥的控制下輸出不同的風速，導流板保證風場平行，模擬自然條件下的風；引流槽設置于室內地板之上，排水泵通過引流槽將地面積水排出。
[0025]噴灑單元7放置于水平導軌9不同位置，步進電機8可以帶動噴灑單元在水平導軌上移動到任意位置。水平導軌9整體與升降桿10相連，通過升降桿的升降調整水滴的降落高度，這一調整可以在模擬之前和模擬過程中進行。
[0026]風速調節閥11調節鼓風機12的風速，氣流經導流板13后形成水平的平行風場，這一風速調整可以在模擬過程中實時進行。導流板為均勻的百葉板，葉片與地面平行。
[0027]引流槽14設置于室內地板之上，排水泵15通過引流槽將地面積水排出。
[0028]在模擬降雨時，具體實施步驟如下:
[0029]I)開啟水泵，通過導流管將儲水箱、供水箱注滿水；
[0030]2)調節水平導軌位置并固定針頭在導軌上的位置，通過升降桿固定導軌和針頭高度；
[0031]3)將被檢降雨測量儀器放置于降雨模擬室內，并開啟電源；
[0032]4)開啟鼓風機，利用風速調節閥調節鼓風機轉速，使其保持某一穩定風速；
[0033]5)開啟多路水流控制閥和空氣控制閥，使針頭滴落水滴保持一定的大小和速率；
[0034]6)根據測試需要，重復步驟2，調節針頭及水滴的位置，對降雨測量儀器進行定標和測試；
[0035]7)根據測試需要，重復步驟(3?5)，調節風速和水滴速率，對降雨測量儀器進行定標和測試；
[0036]8)開啟排水泵，通過引流槽將地面積水排出。
[0037]雖然上述說明描述了完整的實施例，但并不限于上述舉例。本領域的技術人員，在本發明的實質范圍做出的變型、修改或替換，都應屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.面均勻降雨場模擬裝置，其特征在于:包括供水單元、水流控制單元、噴灑單元和排水單元，其中，供水單元包括儲水箱、供水箱、導流管和水泵，水流控制單元包括進水管和多路水流控制閥，噴灑單元包括不同直徑(規格)的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，位置調整單元包括步進電機、水平導軌和升降桿，風場控制單元包括鼓風機、風速調節閥和導流板，排水單元包括引流槽和排水泵；所述水流控制單元包括進水管和水流控制閥，水流控制閥與不同規格的針頭相連，設置的水流水壓與針頭規格相配套，通過設置不同大小的水壓來精確控制針頭滴出的水滴大小及其滴落速率。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:供水單元中儲水箱用于儲水，水泵通過導流管將儲水箱的水導入到供水箱，保證供水箱始終保持充滿狀態，保持恒定的壓力，供水箱在水流控制單元的控制下輸出水流。
3.據權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述噴灑單元包括不同規格的針頭、空氣噴頭和空氣控制閥，噴灑單元中空氣噴頭位于針頭上方，在空氣控制閥的控制下向下噴出空氣，帶動水滴脫離針頭，利用風壓可以進一步調整滴落水滴的大小。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:設有位置調整單元，位置調整單元包括水平與垂直導軌或升降桿，水平導軌在垂直導軌中可控滑動或隨升降桿升降，位置調整單元中不同規格的針頭放置于水平導軌不同位置，步進電機帶動針頭實時調整水平位置，通過升降桿帶動噴灑單元的升降調整水滴的降落高度。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:設有風場控制單元，包括鼓風機、風速調節閥和導流板，風場控制單元中鼓風機在風速調節閥的控制下輸出不同的風速，導流板保證風場平行，模擬自然條件下風速對降雨的影響。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于:針頭直徑介于0.05mm?0.5mm之間共10種規格，空氣噴頭的噴出速度介于Om/s?20m/s。
7.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于:水平導軌呈交叉排列，不同規格針頭可以在水平導軌上自由移動，根據需要可以使其移動到任意位置。升降桿高度可以從Im?5m調節。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于:模擬風速的范圍介于Om/s?lOm/s之間。
【文檔編號】G01W1/18GK103885095SQ201410013521
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】高太長, 劉西川, 劉磊, 趙世軍, 翟東力 申請人:中國人民解放軍理工大學