[發明專利]一種材料表面流體阻力測試方法

有效

• 申請號: 201810357624.7
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108593253B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 楊煥;薛偉;曹宇;趙秀菊;李濤;葉總一;劉文文
• 申請（專利權）人: 溫州大學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 北京中北知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳孝政<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種材料表面流體阻力測試方法，包括：準備多個實驗樣品、裝夾實驗樣品、設置測試初始條件；調節滑塊的位置，使得滑塊位于直線導軌的第一端；啟動激光測距儀開始測距，啟動驅動物體，使其可以按設定驅動能耗方式、設定牽引驅動力方式或設定牽引速度曲線方式這三種工作方式之一工作；全程記錄驅動物體所帶力傳感器所反饋的實時牽引力數值；之后停止激光測距儀的測距；測試數據處理和分析；重復執行上述步驟獲得多次測試結果。本發明實現了實驗樣品表面湍流阻力、表面微結構減阻效應的精確測試，可以測試不同試樣在不同流體環境、不同迎流姿態工況下，處于不同設定驅動能耗、設定牽引驅動力、設定牽引速度曲線時的流體減阻效應。

技術領域

本發明屬于流體檢測領域，具體涉及材料表面流體阻力測試方法。

背景技術

當物體在水等黏性流體中運動時，與相對運動的流體之間會存在動量傳遞，即流體會對物體產生阻礙其運動的反作用力，該阻力也稱之為流體阻力。流體阻力通常分為摩擦阻力和壓差阻力，摩擦阻力是物體表面剪切力產生的流動阻力，其方向與流體的相對運動方向相反，而壓差阻力則是垂直于物體表面的壓力產生的對物體運動的阻力，以物體運動時流體繞過物體為例，這兩種阻力與物體的形狀、物體的特征長度和物體表面的粗糙度相關。目前如何有效降低船舶行駛及管道運輸中的流體阻力成為提高船舶行駛性能、管道運輸能力及節省燃料的關鍵，而如何對不同形狀、尺寸和表面粗糙度的物體運動過程中的流體阻力進行簡便快速的測試成為這一研究領域中的重要一環。

目前用于流體測試的裝置主要有拖曳水池、水洞和循環水槽，拖曳水池是采用電動拖車牽引船模而進行的，測試過程中采用拖車在不同速度下等速拖曳船模，根據勻速運動下物體所受外力平衡的原理，通過測試拖曳拉力來獲得船模不同速度下的綜合阻力，再采用弗勞德定律換算成相當速度下的實船阻力；水洞是一個流速和壓力可以分別控制的水循環系統，與拖曳水池正好相反，在水洞中移動的不是試驗物體，而是可控水流，通過制造高速水流對不同湍流狀態下的船舶行駛阻力進行測試；與水洞類似，循環水槽采用模型固定不動，水流均勻流動時對水下航行器等簡單幾何體的所受到的力進行測試。以上裝置從宏觀和微觀兩個方面對船體和簡單幾何模型運動過程中的流體阻力進行測試，但仍然存在不足，如拖曳水池對實驗場地的面積和成本要求較高，并不適合單一曲面的簡單快速測試，而水洞和循環水槽利用的是相對運動的原理來模擬物體運動時的狀態，與物體真實運動狀態相比存在一定的誤差，同時當前測試均為勻速狀態下對流體阻力進行測試，需要對不同速度下物體的阻力進行擬合，測試過程較繁瑣，而船體真實運動時則是船載發動機施加驅動力后船體由靜止轉變為加速運動，待阻力與施加動力相等時船體達到勻速運動狀態，因此目前缺乏模擬具有船載發動機驅動工況下的船體壁面阻力變化的簡單測試裝置。

發明內容

本發明針對已有測試技術的不足，提供了一種材料表面流體阻力測試方法，通過該測試方法可測量不同形狀試樣在不同種流體狀態、不同姿態、不同驅動工況下的流體阻力。

本發明是通過如下技術方案實現的：

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：

(1)準備多個實驗樣品；

所述實驗樣品為平面或曲面形狀樣品，所述實驗樣品的形狀、尺寸和表面粗糙度數據中至少有一個與其它實驗樣品不相同；

(2)裝夾實驗樣品；

任取一個實驗樣品，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上；

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

所述環境模擬單元包括循環水槽、葉輪機、加熱管和溫控器；