[發(fā)明專(zhuān)利]一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910059413.X
• 申請(qǐng)日: 2019-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111458267B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振龍;于福鑫;王涵;王玉魁;張甲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N13/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N13/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發(fā)明提出了一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，屬于表面減阻性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。解決了現(xiàn)有超疏水表面的減阻性能測(cè)試準(zhǔn)確度低、使用受限、成本高、測(cè)試過(guò)程復(fù)雜及溫度特性差的問(wèn)題。它包括水箱、測(cè)試流道機(jī)構(gòu)、摩擦阻力檢測(cè)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)，所述測(cè)試流道機(jī)構(gòu)由水流管路將水箱出口、水泵、節(jié)流閥、流量計(jì)和噴管依次相連組成，摩擦阻力檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括彈性單元、杠桿、鉸鏈和位移傳感器，所述位移傳感器與數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)通信連接。它主要用于超疏水表面減阻性能的測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面減阻性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

超疏水材料表面具有自清潔、防結(jié)冰、防銹蝕和減阻等優(yōu)良特性，因此被廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源行業(yè)、通信和信息技術(shù)以及醫(yī)療技術(shù)等領(lǐng)域。超疏水表面具有減阻性能的主要原因是其粗糙結(jié)構(gòu)中封存空氣導(dǎo)致潤(rùn)濕系統(tǒng)中氣-液界面的存在，減小了流體與表面的接觸面積，降低了固體表面對(duì)流體的粘滯作用。超疏水表面的減阻性能能夠提高微流體器件的動(dòng)力學(xué)性能、減小船體及飛行器航行時(shí)所受流體阻力、減少石油天然氣在輸運(yùn)管道中的耗散，對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)、交通運(yùn)輸及能源輸送等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

目前超疏水表面的減阻性能研究主要從減阻性能仿真研究、表面微結(jié)構(gòu)對(duì)減阻效應(yīng)的機(jī)制與理論分析以及表面減阻性能的表征方法與測(cè)試手段三方面展開(kāi)。超疏水表面減阻性能的仿真分析及機(jī)理研究已取得了較多的成果，國(guó)內(nèi)外對(duì)于超疏水表面的減阻性能測(cè)試提出了較多方法。目前主要的測(cè)試方法是測(cè)量一定流量下的壓差來(lái)間接表征減阻效果，然而流場(chǎng)的壓差不僅與流體和管道的阻力情況相關(guān)，還受到管路尺寸、管路附件及流動(dòng)狀態(tài)等因素的影響，因此流量壓差法用來(lái)表征減阻性能的準(zhǔn)確度下降，無(wú)法直觀表示超疏水表面在流場(chǎng)中受到的阻力情況；此外，對(duì)于尺寸較小的超疏水表面減阻性能的測(cè)試，準(zhǔn)確的壓差數(shù)值難以測(cè)定，流量壓差法的應(yīng)用受到了限制。

直接測(cè)定及表征超疏水表面減阻性能的方法受到廣泛關(guān)注。PIV粒子圖像測(cè)試技術(shù)和多普勒頻移技術(shù)能夠直觀展現(xiàn)微小尺度內(nèi)流場(chǎng)中的流速分布，同時(shí)為解釋超疏水表面的減阻機(jī)理提供了有效的觀察和表征手段，然而較高的成本和復(fù)雜的測(cè)試過(guò)程限制了其現(xiàn)階段的推廣應(yīng)用。利用應(yīng)變測(cè)力法能夠直接表示超疏水表面在流場(chǎng)中所受阻力情況，成本低廉，然而這種方法的固有缺陷在于其溫度特性較差，需要外接溫度補(bǔ)償電路，對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提出一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種超疏水表面減阻性能的測(cè)試裝置，它包括水箱、測(cè)試流道機(jī)構(gòu)、摩擦阻力檢測(cè)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)，所述測(cè)試流道機(jī)構(gòu)由水流管路將水箱出口、水泵、節(jié)流閥、流量計(jì)和噴管依次相連組成，所述噴管位于水箱內(nèi)，形成流動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)，所述摩擦阻力檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括彈性單元、杠桿、鉸鏈和位移傳感器，所述鉸鏈固定連接在水箱頂端，所述杠桿豎直設(shè)置并與鉸鏈相連，所述彈性單元水平設(shè)置，一端與杠桿中點(diǎn)相連，另一端固定連接在水箱內(nèi)壁上，所述位移傳感器與彈性單元處于同一水平高度，且與彈性單元位置相對(duì)的固定連接在水箱內(nèi)壁上，所述位移傳感器與數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)通信連接，所述數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)提供待測(cè)工件所受的阻力值F_i，i＝1、2、3……N。

更進(jìn)一步的，所述位移傳感器為采用激光三角測(cè)量原理的激光位移傳感器。

更進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，所述位移傳感器將信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將處理后的信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示待測(cè)工件所受的阻力值F_i。

更進(jìn)一步的，所述測(cè)試流道機(jī)構(gòu)中水箱出口、水泵和節(jié)流閥安裝在同一水平高度上，所述流量計(jì)和噴管處于安裝在同一水平高度上，所述噴管所處水平位置高于水箱出口所處水平位置。

更進(jìn)一步的，所述彈性單元為彈簧。

更進(jìn)一步的，所述流量計(jì)為電磁流量計(jì)。