CCS B 11
内蒙古认证和检验检测协会团体标准
T/NMRJ 027—2024
梯度式方口（圆口）旋转集沙仪性能测试方法
Performance test method of gradient square port (round mouth) rotatingsand collector
2024-12-31 发布2024-12-31 实施
内蒙古认证和检验检测协会发布
目次
1 范围..................................................................................................................................... 1
2 规范性引用文件.................................................................................................................. 1
3 术语和定义.......................................................................................................................... 1
4 概述..................................................................................................................................... 2
5 测试条件.............................................................................................................................. 3
6 测试项目和测试方法.......................................................................................................... 4
7 测试结果.............................................................................................................................. 6
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前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1 部分：标准化文件的结构和起草规
则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由水利部牧区水利科学研究所提出。
本文件由内蒙古自治区检验检测标准化技术委员会（SAM/TC 61）归口。
本文件起草单位：水利部牧区水利科学研究所，内蒙古农业大学，内蒙古自治区计量测
试研究院，内蒙古认证和检验检测协会，山东农业大学。
本文件主要起草人：郭建英，刘茜雅，李锦荣，邢恩德，高天明，董智，左合君，王海
兵，杨振奇，张铁钢，孙磐，刘皓，罗海涛，要振宇，刘心宇，李进峰，李彧，梁晓燕。
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梯度式方口（圆口）旋转集沙仪性能测试方法
1 范围
本文件规定了梯度式方口旋转集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪性能测试方法的术语和
定义、测试条件、测试项目与方法、测试过程和测试结果分析等。
本文件适用于梯度式方口旋转集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪的性能测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期
的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括
所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 18779.2-2023 产品几何技术规范（GPS）工件与测量设备的测量检验第2 部分：
GPS 测量、测量设备校准和产品验证中的测量不确定度评估指南
GB/T 42554-2023 计量器具环境试验的通用要求
GB/T 44448-2024 低速风洞性能测试规范
QX/T 323-2016 气象低速风洞技术条件
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
集沙高度sand gathering height
集沙仪收集沙物质的高度范围，cm。
3.2
集沙量box of sand collector
集沙盒中收集的沙粒重量，g。
3.3
集沙效率sand collection efficiency
由集沙仪观测到的输沙量占风沙流中实际输沙量的百分比，%。
3.4
旋转灵敏度sand collection efficiency
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集沙仪滑动轴在使用时对风速响应的灵敏程度，使进沙孔的方向始终与来风风向一致。
3.5
风洞wind tunnel
即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟实体周围气体的流动情况，
并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备。
4 概述
4.1 梯度式方口旋转集沙仪
梯度式方口旋转集沙仪是一种用于测定风沙流及输沙通量的可旋转集沙仪，它是由进沙
口、集沙箱（盒）和底座组成。该集沙仪结构简单，便于携带野外观测，操作方便，可广泛
用于风沙地貌学、生态学和防沙工程学等方面的应用研究。
图1 梯度式方口旋转集沙仪示意图（1.风叶2. 3. 集沙箱（盒） 4.底座）
4.2 梯度式圆口旋转集沙仪
梯度式圆口旋转集沙仪是一种测定风沙流及输沙通量的可旋转集沙仪，它是由定位轴、
旋转轴、集沙装置和底座组成。该集沙仪改善了传统的集沙仪采用轴承旋转容易进沙旋转不
灵活的弊端，风向标的设计非常利于集沙装置的收集。
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图1 可旋转梯度式圆口集沙仪示意图（1、定位轴；2、基座；3、旋转轴；4、旋转部件；5、风向标；
6、集沙装置；61、连杆；62、集沙袋；63、集沙管；64、夹持件）
5 测试条件
5.1 环境条件
——温度：实验前测试风洞内温度，用温度计测定。
——相对湿度：实验前测试风洞内的相对湿度，依据GB 3100-3102-93《量和单位》换算。
——大气压力：实验前测试风洞内大气压力，依据GB 3100-3102-93《量和单位》换算。
5.2 测试配套设备
两种集沙仪性能测试设备配置如表1。
表1 设备配置表
序号设备名称技术要求用途
1 梯度式方口旋转集沙仪高度1 m，2×2 cm 的进沙口，50 层收集风沙流沙物质
2 梯度式圆口旋转集沙仪
高度1 m，直径2 cm 的圆形进沙口，
10 层
收集风沙流沙物质
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4
3 风速仪连接皮托管正负压测量风速数据
4 DT80 数据采集器连接电脑端和皮托管采集风速数据
5 皮托管管口2 mm，正对气流方向放置测试气流场速度
6 电脑安装具有显示风速数据功能的软件
记录、保存、处理风速数
据
7 标准机械振动筛
筛分粒度为0.025~3 mm、振动频率为
1440 r·min-1、振动幅度为0~3 mm，
振动时间预置范围0～99 min
对不同粒径段进行筛分
8 电子天平称重范围0~1000 g，精度0.01 g 称量收集的沙物质
9 铲子、铁锹等整理下垫面工具无整理风洞下垫面
5.3 人员配备
5.3.1 实验负责人
负责实验的整体规划和设计，包括实验目的、测试条件、设备选择等。负责实验的组织
和协调，确保实验团队成员之间的有效沟通和合作。
5.3.2 操作人员
负责风洞设备的操作和维护，确保风洞、风速仪等相关设备在实验过程中的正常运行；
负责集沙仪及其相关设备的安装和调试，确保实验的稳定性和准确性。
5.3.3 测量人员
负责使用测量仪器对风洞内的气流参数进行实时监测和记录。负责对测量数据进行初步
处理和分析，确保数据的准确性和可靠性。
5.3.4 数据分析人员
负责对实验数据进行深入分析和处理，以得出实验结果和结论。负责将实验结果和结论
进行分析和归纳。
6 测试项目和测试方法
6.1 测试项目
6.1.1 集沙效率
0%＜集沙仪的集沙效率≤实际输沙量。
6.1.2 旋转灵敏度
检测进沙孔孔口方向与风向的一致性，最大误差不超过1°。
6.2 测试要求
6.2.1 稳定性
宜长期、重复开展试验，区域评估范围内开展6 个月的试验，试验间隔不小于1 个月，
测试次数不少于4 次。
6.2.2 最大允许误差
0%＜集沙仪的集沙效率≤实际输沙量。
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6.2.3 测试原则
6.2.3.1 等动力性原则：在气流场中的集沙仪采集口风速相等于流场的自由风速。
6.2.3.2 高效率性原则：集沙仪能够最大限度地采集到采集口方向的风沙侵蚀量。
6.2.3.3 非选择性原则：集沙仪采集规格大小不等的沙粒应具有等效率性。
6.3 测试方法
6.3.1 测试前准备
6.3.1.1 试验区域
梯度式方口旋转集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪集沙试验区域统筹考虑区域所在实验
地条件与管理要求，合理确定试验区域为内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研
究站的大型风沙环境风洞。
6.3.1.2 基础材料
基础材料包括但不限于：
a）试验所需用沙：研究或检测区域地表的沙子（或沙土）；
b）沙物质运输设备：主要包括货车、皮带秤等；
c）集沙仪制作相关设备和材料：主要包括不锈钢等制作材料；螺丝刀、锤子、扳手、
等安装材料；
d）试验所需设备和材料：主要包括标准机械振筛机，电子天平、研钵等；
e）其他材料：主要包括清理风洞等所需材料，如刷子、铲子、铁锹等。
6.3.1.3 风洞参数设置
风洞总长29 m，风机叶轮直径1.8 m，叶片角度350°，风机轴转速720 r·min-1，最大
输出功率185 kw；洞体分为进风喇叭口、风机段、渐变段、转角段、稳定段、收缩段、试
验段及扩散段，试验段长12.6 m、宽2.5 m、高1.8 m，为直流正压吹气式风洞，风速范围2～
30 m·s-1 连续可调，通过皮托管测风系统测量、显示并储存；洞体试验段内安装二维风速仪
6 台和三维风速仪1 台，位置可调，数据通过无线网络传输至观测室电脑。在测试过程中，
通过调节控制组件达到测试的同步性。
6.3.1.4 风速设置
检测实验风速分别选取6 m·s-1、10 m·s-1、14 m·s-1、18 m·s-1、22 m·s-1 共5 个风速梯度
等级（分别代表4、5、7、8、9 级风速）。每个来流检测风速吹蚀作用后，重新铺设整沙面
以保证充足沙源。
6.3.1.5 检测沙面铺设
为模拟检测地表风沙作用下两种集沙仪的集沙效率，在风洞实验段铺设沙子作检测沙
面，沙子下垫面采用天然标准沙（粒径：0.25～0.5 mm）进行铺设。人工铺设的检测沙面下
垫面设置在实验段中央，尺寸为1.2×5 m，铺设时前后端加高度10 cm 的不锈钢钢条作拦
挡，铺设完成后撤掉。
6.3.1.6 集沙仪架设
分别将1 m 高度的梯度式方口旋转集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪沿垂直风向的方向
架铺设在实验段的检测沙面末端（4.5 m 处），使集沙仪最下端的集沙口紧贴沙面，集沙口
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正对来流方向。10 cm 厚的积沙表面，按照试验设计架设好集沙仪后，分别进行风洞吹蚀试
验。以不同高度的梯度式方口旋转集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪作为对照，对两种1 m 高
度的集沙仪依次进行检测试验。
6.3.2 测试过程步骤
风洞试验在内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站风沙环境风洞中进
行。风速设定见6.3.1.4，检测沙面铺设与集沙仪架设见6.3.1.5 和6.3.1.6。
风洞内铺设10 cm 厚度的沙，分别设置6 m·s-1、10 m·s-1、14 m·s-1、18 m·s-1、22 m·s-1
共5 个风速梯度。每个来流风速作用后，重整沙面以保证充足沙源。分别对梯度式方口旋转
集沙仪和梯度式圆口旋转集沙仪的集沙效率进行测定。
风速测量采用防沙风速廓线皮托管连接数字压力采集仪器，通过计算机自动记录，采集
高度分别为0.2 cm、0.5 cm、1 cm、1.5 cm、3 cm、6 cm、12 cm、20 cm、35 cm、50 cm，
选取6 m·s-1、10 m·s-1、14 m·s-1、18 m·s-1、22 m·s-1 共5 个风速梯度进行风速观测。风速记
录频率为1 s，每次记录时间为20 s。
7 测试结果
7.1 集沙效率
集沙效率可以定义为由集沙仪检测到的输沙量与检测沙面实际输沙量之的比值计算。
E=Qs / Qc
式中：E 为集沙效率；Qs 为集沙仪测定检测的总输沙率；Qc 为检测沙面实际的总输沙
率。因此，确定集沙效率E 的关键是确定Qs 和Qc。风洞实验中，Qs 通过集沙仪测得的单
位宽度输沙量乘以沙床宽度得到，Qc 通过风蚀实验前后检测沙面沙子的质量差得到。
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