[發明專利]一種基于受測試件周期振蕩的等效滑移長度測量方法

有效

• 申請號: 201910836043.6
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110455687B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 段慧玲;李澤祥;劉曉超;呂鵬宇
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01B21/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種基于受測試件周期振蕩的等效滑移長度測量方法，包括：步驟S101：制備具有超疏水表面的受測試件，并將受測試件安裝在等效滑移長度測量系統；步驟S102：設定等效滑移長度測量系統的參數，開啟等效滑移長度測量系統；步驟S103：受測試件在自身平面內進行周期運動并帶動流體產生Stokes層，測量Stokes層內的觀測點的實際最大速度；步驟S104：由所述實際最大速度計算等效滑移長度。

技術領域

本發明屬于流體力學和界面滑移實驗測量技術領域，尤其涉及一種基于受測試件周期振蕩的等效滑移長度測量方法。

背景技術

隨著材料工藝和微納米制造技術的發展，科研工作者對具有微結構固體功能表面的研究日趨深入，固體功能表面被越來越廣泛地應用在實際生活中。當固體表面的微結構中存在氣層或不溶于水的液體時，引入滑移邊界條件的假設更符合真實的物理情況。

在1823年，Navier提出了滑移邊界條件假設，并相應地提出了滑移長度的概念，這一邊界條件可以很好地描述具有微結構的固體功能表面的等效滑移對周圍流場的影響。固體表面的滑移可以降低水下航行器的阻力和噪聲，提高航行速度并節省能量，對實際應用具有重大意義。因此，有必要測量得到準確的滑移長度。

隨著儀器技術的發展，人們提出了多種測量固體表面滑移長度的實驗方法。常用的滑移長度實驗測量方法包括粒子測量法和力測量法。粒子測量法基于光學成像的原理，通過在流場中加入一定的熒光粒子，利用激光、高速相機等設備得到表面附近的粒子運動情況并計算出流場的速度分布，進而計算出表面的滑移長度。常用的粒子測量法包括粒子圖像測速技術(PIV或Micro PIV)和熒光漂白恢復技術(FRAP)等。力測量法基于圓柱或圓球表面在流體中緩慢靠近另一個固體表面的物理模型，根據斯托克斯流動中得到的理論解，可以通過圓球或圓柱所受的流體作用力計算出滑移長度。因此，在力測量法中，滑移長度是通過流體作用力間接給出的，屬于間接測量的方法，而流體作用力可以通過儀器直接測量，也可以利用懸臂梁裝置，通過梁自由端的位移間接測量得到。常用的力測量法對應的實驗儀器有表面力儀(SFA)和原子力顯微鏡(AFM)等。除此之外，其他間接測量滑移長度的實驗方法還包括毛細壓降測量法、旋轉流變儀扭矩測量法等。總體來說，通過實驗方法測量得到的滑移長度在納米至百微米的范圍內。

對于需要借助表面力儀和原子力顯微鏡的間接測量技術，其測量精度較高，但需要精確的滑移模型來推算滑移長度和滑移速度，且測試儀器昂貴。而對于粒子圖像測速技術等直接測量方法需要計算得到固體表面上的速度梯度才能計算出滑移長度，要求對近壁面速度曲線進行精確測量，這是當前實驗測量領域的挑戰。因此，尋求更簡便可行的滑移長度測量方法對實際工程應用有重要意義。

公開內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于尋求一種簡便的滑移長度測量方法，借助速度測量手段，只需要得到Stokes層以內任意高度處固定空間點的最大振蕩速度，便可以計算得到滑移長度；并且對于每一種周期振蕩運動速度-時間曲線，都可以給出速度幅值變化系數和等效滑移長度的參數對照表，方便在實際應用中通過查表得到滑移長度。

(二)技術方案

本公開提供了一種基于受測試件周期振蕩的等效滑移長度測量方法，包括：

步驟S101：制備具有超疏水表面的受測試件，并將受測試件安裝在等效滑移長度測量系統；

步驟S102：設定等效滑移長度測量系統的參數，開啟等效滑移長度測量系統；

步驟S103：受測試件在自身平面內進行周期運動并帶動流體產生Stokes層，測量Stokes層內的觀測點的實際最大速度；

步驟S104：由所述實際最大速度計算等效滑移長度。