[發(fā)明專利]一種材料表面流體阻力測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810357624.7
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108593253B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊煥;薛偉;曹宇;趙秀菊;李濤;葉總一;劉文文
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 11253 北京中北知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳孝政<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種材料表面流體阻力測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：準備多個實驗樣品(14)；

所述實驗樣品(14)為平面或曲面形狀樣品，所述實驗樣品(14)的形狀、尺寸和表面粗糙度數(shù)據(jù)中至少有一個與其它實驗樣品(14)不相同；

步驟2：裝夾實驗樣品(14)；

任取一個實驗樣品(14)，將其固定夾持在材料表面流體阻力測試裝置中的試樣夾具(12)上；

所述材料表面流體阻力測試裝置包括環(huán)境模擬單元、運動控制單元和測試記錄分析單元；

所述環(huán)境模擬單元包括循環(huán)水槽(10)、葉輪機(5)、加熱管(17)和溫控器(16)；

所述循環(huán)水槽(10)為一環(huán)形管道，包括直工作段和過渡段兩部分，所述直工作段為長度不小于0.5米且表面對應(yīng)開有敞口槽的直管；循環(huán)水槽(10)的放置方式要求使得直工作段呈水平狀態(tài)且其海拔為整個循環(huán)水槽(10)的最高；所述循環(huán)水槽(10)內(nèi)部注有測試液體(6)，所述直工作段上表面的敞口槽和液面均與重力方向垂直，且測試液體在測試過程中不溢出；

所述葉輪機(5)安裝在循環(huán)水槽(10)內(nèi)的過渡段部分，葉輪機(5)內(nèi)置防水電機和轉(zhuǎn)速控制器，用于通過轉(zhuǎn)速控制器對電機的轉(zhuǎn)速進行精確調(diào)節(jié)，使循環(huán)水槽(10)內(nèi)部的測試液體形成循環(huán)湍流；

所述加熱管(17)通過兩端的支撐架水平固定安裝在循環(huán)水槽(10)內(nèi)的過渡段部分，所述溫控器(16)設(shè)置在循環(huán)水槽(10)的外部，通過導(dǎo)線與加熱管(17)電連接，加熱管(17)與溫控器(16)聯(lián)合構(gòu)成閉環(huán)溫控系統(tǒng)；

所述運動控制單元包括直線導(dǎo)軌(3)、滑塊(8)、試樣夾具(12)、滑輪(1)、滑輪繩(2)和驅(qū)動物體(4)；

所述直線導(dǎo)軌(3)水平設(shè)置于直工作段的敞口槽上方，其兩端分別固定在循環(huán)水槽(10)內(nèi)側(cè)的兩端，滑塊(8)可滑移的安裝在直線導(dǎo)軌(3)上，且滑塊(8)的滑移方向與敞口槽下方的液面平行；

所述試樣夾具(12)呈平板狀，用于裝夾實驗樣品(14)；所述試樣夾具(12)的整體尺寸小于實驗樣品(14)，以使得實驗樣品(14)能夠完全覆蓋試樣夾具(12)；所述試樣夾具(12)通過一至少帶有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)(11)與滑塊(8)連接；

所述滑輪(1)固定安裝在外部支架(9)上，滑輪繩(2)繞過滑輪(1)，滑輪繩(2)的一端與設(shè)置在循環(huán)水槽(10)外部的驅(qū)動物體(4)連接，并使得滑輪繩(2)被拉緊后滑輪(1)與驅(qū)動物體(4)之間的滑輪繩(2)的方向為沿著重力方向的豎直方向；滑輪繩(2)的另一端穿過循環(huán)水槽(10)側(cè)壁上的通孔與滑塊(8)連接，并使得滑輪繩(2)被拉緊后位于滑輪(1)與滑塊(8)之間的滑輪繩(2)的方向為水平方向；

所述驅(qū)動物體(4)為一帶有力傳感器的重物塊，所述力傳感器用于實時測量反饋當前驅(qū)動物體(4)對滑輪繩(2)的拉力大??；所述驅(qū)動物體(4)具有設(shè)定驅(qū)動能耗方式、設(shè)定牽引驅(qū)動力方式和設(shè)定牽引速度曲線方式三種工作方式；

所述測試記錄分析單元包括激光測距儀(7)和計算機(15)；所述激光測距儀(7)水平安裝于直線導(dǎo)軌(3)下方、測試液體液面上方；所述激光測距儀(7)的出射激光束沿水平方向，出射激光束被滑塊(8)的表面反射回激光測距儀(7)的光電傳感器；所述計算機(15)與激光測距儀(7)和驅(qū)動物體(4)均相連，用于接收流體阻力測試過程中實驗樣品(14)的位移和拉力；

步驟3：測試初始條件設(shè)置，包括：

步驟3.1：設(shè)置測試記錄分析單元即設(shè)置激光測距儀(7)，使其調(diào)整后的出射激光束沿水平方向，并能夠被滑塊(8)的表面反射回激光測距儀(7)的光電傳感器，從而可實時獲取滑塊(8)的位置，進而獲得實驗樣品(14)的位置；

步驟3.2：設(shè)置試樣驅(qū)動條件，即設(shè)置驅(qū)動物體(4)的工作方式，使其可以按設(shè)定驅(qū)動能耗方式、設(shè)定牽引驅(qū)動力方式或設(shè)定牽引速度曲線方式這三種工作方式之一運行；

步驟3.3：測試環(huán)境設(shè)置；向循環(huán)水槽(10)內(nèi)加注測試液體，使葉輪機(5)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速運行以提供不同的流體速度，并由溫控器(16)和加熱管(17)協(xié)調(diào)工作控制流體溫度，構(gòu)造出具有設(shè)定雷諾數(shù)的流體狀態(tài)；

步驟4：調(diào)節(jié)滑塊(8)的位置，使得滑塊(8)位于直線導(dǎo)軌(3)的第一端，所述第一端是指與驅(qū)動物體(4 )距離最遠的一端；

步驟5：啟動激光測距儀(7)開始測距，即記錄滑塊(8)的測試初始位置；

步驟6：啟動驅(qū)動物體(4)，使其可以按設(shè)定驅(qū)動能耗方式、設(shè)定牽引驅(qū)動力方式或設(shè)定牽引速度曲線方式這三種工作方式之一工作，帶動已安裝有實驗樣品(14)和試樣夾具(12)的滑塊(8)從直線導(dǎo)軌(3)的第一端平行運動到另一端；全程記錄驅(qū)動物體(4)所帶力傳感器所反饋的實時牽引驅(qū)動力數(shù)值；

步驟7：記錄滑塊(8)的測試結(jié)束位置，之后停止激光測距儀(7)的測距；

步驟8：測試數(shù)據(jù)處理和分析，包括如下：

步驟8.1：根據(jù)激光測距儀(7)實時反饋的實驗樣品(14)隨時間變化的位置數(shù)據(jù)，精確計算出實驗樣品(14)在固定行程中的任意測試位置的速度、加速度、動能數(shù)值，亦即總耗時、速度-時間變化曲線、加速度-時間變化曲線、動能-時間變化曲線；

步驟8.2：根據(jù)驅(qū)動物體(4)的力傳感器實時反饋當前驅(qū)動物體(4)提供的牽引驅(qū)動力數(shù)值，得到實驗樣品(14)隨時間變化的牽引驅(qū)動力數(shù)值，亦即牽引驅(qū)動力-時間變化曲線；

步驟9：重復(fù)執(zhí)行步驟4～步驟8N次，獲得同一實驗樣品(14)的重復(fù)N次測試結(jié)果，以計算實驗樣品(14)在固定行程運動過程中的總耗時平均值、速度-時間變化平均值曲線、加速度-時間變化平均值曲線、動能-時間變化平均值曲線、牽引驅(qū)動力-時間變化平均值曲線；N為預(yù)先設(shè)定的大于1的任意整數(shù)；

步驟10：對所有其他未測試的實驗樣品(14)，重復(fù)執(zhí)行步驟2～步驟9，直至完成所有實驗樣品(14)的測試；

步驟11：通過分析步驟1～步驟10得到的多組數(shù)據(jù)，得到同一實驗樣品(14)以及不同實驗樣品(14)在不同流體環(huán)境、不同迎流姿態(tài)工況下，處于不同設(shè)定恒定牽引驅(qū)動力、驅(qū)動功耗或設(shè)定速度變化曲線時的流體減阻效應(yīng)。