阅读说明：本技术 降雪模拟装置及设备 (Snowfall simulation device and equipment ) 是由 周帆 武金模 陆彭飞 林虹霞 刘小勇 付明 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降雪模拟装置及设备,降雪模拟装置包括：喷嘴,喷嘴用于通入液体且将液体雾化喷出；换热器,换热器设在喷嘴的喷射方向的上方,换热器为封闭的环形管,换热器上设有用于通入冷媒的入口,换热器的内圈沿周向间隔开地设有多个冷媒喷管,多个冷媒喷管的轴线与换热器的内圈之间均具有夹角,夹角构造成多个冷媒喷管喷出的冷媒在换热器的中心形成冷却旋流。本发明够在喷嘴的喷射上方创造出低温环境,结构简单,可降低实验室环境内降雪工况下的冷负荷,显著降低对实验室整体环境的要求,降低成本。多个冷媒喷管喷出的冷媒在换热器内圈中形成的低温冷却旋流,使雾化的液滴在旋流中可充分接触换热,在较小区域内使降雪充分发展。(The invention discloses a snowfall simulation device and equipment, wherein the snowfall simulation device comprises: the nozzle is used for introducing liquid and atomizing and spraying the liquid; the heat exchanger is arranged above the spraying direction of the nozzle and is a closed annular pipe, an inlet for introducing a refrigerant is formed in the heat exchanger, a plurality of refrigerant spray pipes are arranged on an inner ring of the heat exchanger at intervals along the circumferential direction, included angles are formed between the axes of the refrigerant spray pipes and the inner ring of the heat exchanger, and the included angles form cooling rotational flows in the center of the heat exchanger by the refrigerant sprayed from the refrigerant spray pipes. The invention can create a low-temperature environment above the spray of the nozzle, has simple structure, can reduce the cold load under the snowfall working condition in the laboratory environment, obviously reduces the requirement on the whole environment of the laboratory and reduces the cost. The coolant sprayed by the coolant spray pipes forms low-temperature cooling rotational flow in the inner ring of the heat exchanger, so that atomized liquid drops can fully contact and exchange heat in the rotational flow, and snowfall can be fully developed in a small area.)

降雪模拟装置及设备

技术领域

本发明涉及气象环境人工模拟技术领域，尤其涉及一种降雪模拟装置及设备。

背景技术

降雪人工模拟装置是一种应用在环境模拟实验室的降雪模拟器。

一种常用人工造雪方法的原理是：先通过制冰装置将水制成片冰，再通过碎冰装置把已经造好的片冰粉碎成粉末，最后，通过把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。该方式造雪系统复杂，造出雪的品质与自然雪相差甚远。

另一种常用的降雪模拟器的原理是：在环境实验室顶部放置水雾喷头(雪枪)，然后在环境实验室内创造低温环境，喷头处射出的水滴在降落的过程中与低温空气换热从而结晶成雪花。但是，这种降雪实现方法对环境的温度和湿度都有较高要求，通常要求环温在-5℃以下。这会大大增加环境实验室内的降雪工况下的冷负荷。同时，由于需要将整个测试间的温度降至-5℃以下的低温，这种方法也无法创造出实验区域温度高于-5℃的降雪工况。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种降雪模拟装置，以解决现有降雪模拟装置对实验室整体环境的温湿度要求较高、结构复杂的问题。

本发明还旨在提出一种降雪模拟设备，以应用上述降雪模拟装置。

根据本发明实施例的一种降雪模拟装置，包括：喷嘴，所述喷嘴用于通入液体且将所述液体雾化喷出；换热器，所述换热器设在所述喷嘴的喷射方向的上方，所述换热器为封闭的环形管，所述换热器上设有用于通入冷媒的入口，所述换热器的内圈沿周向间隔开地设有多个冷媒喷管，多个所述冷媒喷管的轴线与所述换热器的内圈之间均具有夹角，所述夹角构造成多个所述冷媒喷管喷出的冷媒在所述换热器的中心形成冷却旋流。

根据本发明实施例的降雪模拟装置，通过设置喷嘴和位于喷嘴喷射方向上方的换热器，能够在喷嘴的喷射上方创造出低温环境，相比于人工造雪方法，该降雪模拟装置结构简单，，可降低成本，而相比于在实验室内创造温湿度适应的低温环境，该降雪模拟装置可降低实验室环境内降雪工况下的冷负荷，显著降低对实验室整体环境的要求。而且多个冷媒喷管喷出的冷媒在换热器内圈中形成的低温冷却旋流，使得雾化的液滴在旋流中可充分接触换热，进而在较小区域内使降雪充分发展，保证较好的降雪模拟效果。

一些实施例中，所述换热器沿所述喷嘴的喷射方向间隔开地设有多个。

一些实施例中，所述换热器为圆环管或多边形环形管。

可选的，在所述换热器和所述喷嘴的水平投影面上，所述换热器的中心和所述喷嘴的中心重合。

可选的，当所述换热器为圆环管时，多个所述冷媒喷管在所述圆环管上等间隔地设置。

一些实施例中，所述冷媒喷管的轴线与所述换热器的内侧边之间的所述夹角的范围为30度至60度。

一些实施例中，所述换热器通入的冷媒为可调节压力和温度的冷空气源。

一些实施例中，多个所述冷媒喷管喷出的冷媒在所述换热器内形成的冷却旋流的温度小于或等于零下5摄氏度。

一些实施例中，所述换热器具有水平中分面，多个所述冷媒喷管的轴线均位于所述水平中分面上。

根据本发明实施例的一种降雪模拟设备，包括液体供给装置，与所述喷嘴相连；冷媒供给装置，与所述换热器的入口相连；降雪模拟装置，根据前文中任一项所述的降雪模拟装置。

根据本发明实施例的降雪模拟设备，通过降雪模拟装置100，换热器20位于喷嘴10喷射方向上方能够创造出低温环境，结构简单，可降低成本，可降低实验室环境内降雪工况下的冷负荷，显著降低对实验室整体环境的要求。而且降雪模拟装置100中多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20内圈中形成的低温冷却旋流，使得雾化的液滴在旋流中可充分接触换热，进而在较小区域内使降雪充分发展，保证较好的降雪模拟效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中降雪模拟装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中降雪模拟装置的主视图；

图3为本发明实施例中降雪模拟装置的俯视图。

附图标记：

100、降雪模拟装置；

10、喷嘴；

20、换热器；201、冷媒喷管；α、夹角；β、角度。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，描述本发明实施例的降雪模拟装置100。

如图1所示，根据本发明实施例的一种降雪模拟装置100，包括喷嘴10和换热器20。

喷嘴10用于通入液体且将液体雾化喷出。换热器20设在喷嘴10的喷射方向的上方(如图1和图2所示)，换热器20为封闭的环形管，换热器20上设有用于通入冷媒的入口(图未示出)，换热器20的内圈沿周向间隔开地设有多个冷媒喷管201，多个冷媒喷管201的轴线与换热器20的内圈之间均具有夹角α，夹角α构造成多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20的中心形成冷却旋流。

可以理解为，当换热器20的入口通入冷媒后，冷媒经多个冷媒喷管201喷出，由于换热器20为封闭的环形管，喷出的冷媒积聚在环形管的内圈中，这样就能够在换热器20的内圈中形成低温环境。由于每个冷媒喷管201的轴线与换热器20的内圈之间有夹角α，即冷媒沿着偏离换热器20内圈一定角度喷出并在内圈中流动，例如，多个冷媒喷管201与换热器20内圈之间有夹角α沿顺时针布置，或是沿逆时针布置，这样多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20的中心就能够形成冷却旋流。当喷嘴10中的液体从喷口雾化喷出后，形成具有一定扩角的空气-液滴两相流，例如，喷嘴10中通入的液体可以是水，雾化后的液滴经过换热器20内圈的低温环境，容易与低温换热后形成冰晶或雪花，而且雾化后的液滴在冷却旋流中容易组织旋流换热，增加冷媒与雾化液滴的换热，增大雪片之间的碰撞，在较小的低温区域内使降雪充分发展，待换热和碰撞充分发展后，雪花从换热器20的最上端吹出。

根据本发明实施例的降雪模拟装置100，通过设置喷嘴10和位于喷嘴10喷射方向上方的换热器20，能够在喷嘴10的喷射上方创造出低温环境，相比于人工造雪方法，该降雪模拟装置100结构简单，可降低成本。相比于在实验室内创造温湿度适应的低温环境，该降雪模拟装置100可降低实验室环境内降雪工况下的冷负荷，显著降低对实验室整体环境的要求。而且多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20内圈中形成的低温冷却旋流，使得雾化的液滴在旋流中可充分接触换热，在较小区域内使降雪充分发展，保证较好的降雪模拟效果。

一些实施例中，如图1所示，换热器20沿喷嘴10的喷射方向间隔开地设有多个。采用该方式，每个换热器20创造出的低温环境相互接壤，能够构造出较长路径的低温环境区域，这样就能增加喷嘴10喷出的雾化液体的换热行程，即增加雾化液滴在低温环境中的换热时长，使雾化液滴充分换热，充分发展雪花，能够保证具备较好的降雪模拟效果。

一些实施例中，换热器20为圆环管或多边形环形管。例如，如图3所示，换热器20为圆环管，此时冷媒喷管201与换热器20内圈的夹角α，为冷媒喷管201的轴线和圆环管与冷媒喷管201相切直线之间的倾角。换热器20还可以是多边形环形管，如三角形环形管，则冷媒喷管201与换热器20内圈的夹角α，为冷媒喷管201的轴线与三角形环形管的内侧边之间的倾角；或是矩形环形管，则冷媒喷管201与换热器20内圈的夹角α，为冷媒喷管201的轴线与矩形环形管的内侧边之间的倾角。当然，多边形环形管还可以是五边形或六边形环管，这里不再赘述。

可选的，在换热器20和喷嘴10的水平投影面上，换热器20的中心和喷嘴10的中心重合，由于多个冷媒喷管201沿换热器20的内圈周向分布，因此冷却旋流形成在换热器20的中心，通过该方式换热器20内圈形成冷却旋流的中心与喷嘴10的轴线重合，雾化的液滴经冷却旋流的中心喷出，以实现较好的换热。

可选的，当换热器20为圆环管时，多个冷媒喷管201在圆环管上等间隔地设置，也就是说，换热器20被划分成多个相等的区域，每个冷媒喷管201对相应的区域进行冷却，换热器20内圈各处形成的低温较为均匀，而且这样设置还能保证多个冷媒喷管201以夹角α喷出后，可以提供稳定的冷却旋流。此外，值得说明的是，如图3所示，当换热器20为圆环管时，冷媒喷管201的轴线与圆环管的径向之间具有角度β，角度β为夹角α的余角。

一些实施例中，如图3所示，冷媒喷管201的轴线与换热器20的内侧边之间的夹角α的范围为30度至60度，在该范围内换热器20内圈中形成冷却旋流的效果较好，具体地，冷媒喷管201的轴线与换热器20的内侧边之间的夹角α以45度为最佳值。

一些实施例中，换热器20通入的冷媒为可调节压力和温度的冷空气源。

一些实施例中，多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20内形成的冷却旋流的温度小于或等于零下5摄氏度，该温度下喷嘴10喷出的雾化液滴容易结晶或形成雪花。

一些实施例中，换热器20具有水平中分面(图未示出)，多个冷媒喷管201的轴线均位于水平中分面上，可以理解为，采用该方式冷媒喷管201的喷射方向垂直于喷嘴10的喷雾方向，以避免因冷媒喷管201喷射方向不垂直于喷嘴10的喷雾方向而造成温度损失，使得冷媒能够与喷雾更好的换热结晶或形成雪花。

下面结合附图，描述本发明降雪模拟装置100的一个具体实施例。

如图1至图3所示，一种降雪模拟装置100，包括喷嘴10和换热器20。

喷嘴10用于通入水且将水雾化喷出。

换热器20设在喷嘴10的喷射方向的上方，换热器20为封闭的圆环管，换热器20上设有用于通入冷媒的入口，换热器20的内圈沿周向间隔开地设有四个冷媒喷管201，四个冷媒喷管201在圆环管上等间隔地设置，四个冷媒喷管201的轴线与换热器20的内圈之间均具有夹角α，夹角α构造成多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20的中心形成冷却旋流。

换热器20沿喷嘴10的喷射方向间隔开地设有三个。在换热器20和喷嘴10的水平投影面上，换热器20的中心和喷嘴10的中心重合。

冷媒喷管201的轴线与换热器20的内侧边之间的夹角α为45度。

换热器20通入的冷媒为可调节压力和温度的冷空气源，换热器20在喷嘴10的喷射方向的上方形成冷空气盘管。

冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20内形成的冷却旋流的温度小于零下5摄氏度。

换热器20具有水平中分面，多个冷媒喷管201的轴线均位于水平中分面上。

下面描述本发明降雪模拟装置100的使用方法：

工作时，喷嘴10喷射出具有一定扩角的空气-液滴两相流。在喷嘴10上方的是冷空气盘管，需要在其入口处提供有可调压力和温度的冷空气源，冷空气温度应在-5℃以下。在盘管的内圈存在一系列等距的冷媒喷管201，冷媒喷管201的方向垂直于喷嘴10的轴线，且与冷空气盘管的径向存在一个角度β，这样可以组织旋流换热，增大冷空气与喷雾水滴的换热、增大雪片之间的碰撞，在较小的区域内使降雪充分发展。待换热和碰撞充分发展后，雪花从冷空气盘管的最上端吹出。

综上所述，传统的降雪实现方法对环境的温度和湿度都有较高要求，通常要求环温在-5℃以下，这会大大增加环境实验室内的降雪工况下的冷负荷。同时由于需要将整个测试间的温度降至-5℃以下的低温，这种方法也无法创造出实验区域温度高于-5℃的降雪工况。本发明提出的降雪模拟装置100，大大降低了环境实验室内的降雪工况下的冷负荷，同时也可以创造出实验区域温度高于-5℃的降雪工况，可显著减弱降雪工况下对试验区域的温湿度要求。

根据本发明实施例的一种降雪模拟设备(图未示出)，包括：液体供给装置(图未示出)、冷媒供给装置(图未示出)、降雪模拟装置100。

可以理解为，液体供给装置与喷嘴10相连，用于提供降雪模拟所需的液体，例如该液体为水，液体供给装置用于将水通入喷嘴10中并喷出，且能够形成空气-液滴两相流。冷媒供给装置与换热器20的入口相连，用于向换热器20的入口中通入可调节压力和温度冷媒介质，例如冷媒可以是冷空气源。降雪模拟装置100为根据前文中任一项的降雪模拟装置100

根据本发明实施例的降雪模拟设备，通过降雪模拟装置100，换热器20位于喷嘴10喷射方向上方能够创造出低温环境，相比于在实验室内创造温湿度适应的低温环境，降雪模拟装置100结构简单，可降低实验室环境内降雪工况下的冷负荷，显著降低对实验室整体环境的要求，降低成本。而且降雪模拟装置100中多个冷媒喷管201喷出的冷媒在换热器20内圈中形成的低温冷却旋流，使得雾化的液滴在旋流中可充分接触换热，进而在较小区域内使降雪充分发展，保证较好的降雪模拟效果。

根据本发明实施例的降雪模拟装置100的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。