[發明專利]非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201310697576.3
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103674479A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 趙剛;李芳;劉維新;杜軍偉;臧東陽;孫壯志;畢紅時;王晶晶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種測試裝置及測試方法，具體地說是流體摩擦阻力的測試裝置及測試方法。

背景技術

目前，國內外相關學者對流體與固體界面之間的運動減阻問題進行了廣泛深入的理論探索及應用研究，并成功的在多方面取得了較為顯著的進展。由于減阻問題能夠直接影響到裝備的能耗和力學性能，所以此問題的研究一直受到各國專家學者的關注，其研究方法主要從理論分析、數值模擬、模型試驗等方面進行研究，最后通過比較試驗裝置中測試樣件的減阻性能并得出所需結論，進而再投入到工程實際應用中。無論是理論分析，還是數值計算，都以模型試驗獲得的數據精度最高，更接近于實際，因此理論分析，數據模擬等最終也都需要試驗的檢驗和驗證。試驗方法作為研究流體減阻的重要手段，對推進流體減阻理論的發展起到了非常重要的作用，流體力學新現象和新理論的提出，一般需要對流體進行大量測試試驗。但是測量流體對固定表面摩擦阻力的裝置研究尚不成熟，主要有四種測量流體對固體表面摩擦阻力的原理，分別是應變式天平測試法、懸掛位移式阻力測試法、壓差流阻測試法、旋轉粘度計切變應力測試法，本發明的原理與應變式天平測試法基本相同，但由于應變式天平價格高昂，因此，研究設計一臺成本低廉、結構簡單、試驗方便的非光滑表面流體摩擦阻力測試試驗裝置顯得尤為重要。

目前，非光滑表面和表面涂層結構流體摩擦阻力測試裝置多集中在壓差流阻測試方法，如專利申請號為：201110112635.7，名稱為“一種測試管道摩擦阻力系數的方法及其裝置”和專利公開號為：CN202013316U，名稱為“差壓型流阻測試儀”，適合于管道流阻測試，而不適用于非光滑表面平板流阻測試。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠準確測試出非光滑表面結構和表面涂層結構的流體摩擦阻力的非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置及測試方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置，其特征是：包括水池、浮力材、支架、定滑輪、砝碼、拉線，待測平板與浮力材固定在一起，水池里充有流體，待測平板和浮力材共同浮在流體上，支架固定在水池旁，定滑輪安裝在支架上，拉線繞過定滑輪，且拉線的一端連接浮力材、另一端連接砝碼，拉線在定滑輪與浮力材之間保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力與砝碼的重力相等，砝碼的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝碼的重力作用下可向前運動。

本發明非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置還可以包括：

1、水池和拉線的長度大于砝碼距離地面的距離。

2、平板前進方向的端部翹起。

本發明非光滑表面流體摩擦阻力測試方法，其特征是：采用如下試驗裝置：包括水池、浮力材、支架、定滑輪、砝碼、拉線，待測平板與浮力材固定在一起，水池里充有流體，待測平板和浮力材共同浮在流體上，支架固定在水池旁，定滑輪安裝在支架上，拉線繞過定滑輪，且拉線的一端連接浮力材、另一端連接砝碼，拉線在定滑輪與浮力材之間保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力與砝碼的重力相等，砝碼的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝碼的重力作用下可向前運動；

（1）在平板表面加工出待測量流體摩擦阻力的非光滑表面平板；

（2）將非光滑表面平板置于水池的最右端，用拉線將砝碼繞過定滑輪和浮力材連接在一起；

（3）測量砝碼的質量m、砝碼距離地面的高度H，松開砝碼使其自由下落，同時開始計時，當砝碼落地的瞬間計時結束，計時時間為t；

（4）根據牛頓第二定律，計算非光滑表面平板的摩擦阻力f：

f=m(g-2H/t²)。

本發明的優勢在于：本發明采用懸垂的砝碼作為非光滑表面平板的動力源，通過測量砝碼落地的時間和高度，運用牛頓第二定律計算出非光滑表面平板的流體摩擦阻力。實現對非光滑表面平板結構及表面涂層結構流體摩擦阻力的測試，該裝置結構簡單，操作容易，測試準確；非光滑表面平板可根據需要加工出不同的非光滑表面結構(如V型、U型、凹坑、凸包或涂覆表面涂層等)，本發明還適用于聚合物添加劑溶液的減阻效果測試；本發明通過測量非光滑表面平板到達地面的時間和砝碼的質量，再根據牛頓第二定律計算得出非光滑表面的摩擦阻力。本發明測試原理簡單、直觀，不同于其它評估非光滑表面減阻效果的裝置，可以直接給出非光滑表面的摩擦阻力，測試結果可靠。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：