[發明專利]一種海洋防污涂層表面藤壺附著力的測量方法

在審

• 申請號: 202111196403.4
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN114112898A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 靳會超;田麗梅;王建福;高銘謠;殷玥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 吉林省中玖專利代理有限公司 22219
• 代理人: 李泉宏

1.一種海洋防污涂層表面藤壺附著力的測量方法，該測試方法所用到的測試設備主要包括：電機(1)、連接軸(2)、多面體(3)、透明水箱(4)和電機控制器(6)，多面體(3)通過連接軸(2)與電機(1)連接，電機(1)設置在透明水箱(4)上方，多面體(3)放置在透明水箱(4)中，電機控制器(6)用于控制電機的開關和轉速，其特征在于，該測試設備還包括2個或多個高速攝像機(5)置于透明水箱(4)周圍或上方；

測量真實藤壺的附著力的方法具體如下：

1)首先在多面體(3)表面安裝或涂覆防污涂層(7)，計算過程中忽略涂層厚度；

2)然后把多面體浸入含有幼體、或成年藤壺的海水中，使藤壺附著在涂層(7)表面；

3)將多面體(3)浸入人工海水中，逐漸增加電機(1)轉速，當電機轉速到達一定速度時，藤壺從涂層表面脫離，由于人眼的局限性，采用高速攝像機(5)記下藤壺脫離的錄像，從而獲取脫離時的時刻，可查得此時刻的電機轉速ω；

4)計算真實藤壺的附著力：

對于真實藤壺可以將其看作一個半徑為r的球體，其質量為m；

在垂直于水面方向，真實藤壺受重力G和浮力F_浮的作用：

G＝mg (1)

對于水中飄浮的物體，其重力G和浮力F_浮二者的合力F_豎大小為：

F_豎＝|F_浮-G| (3)

藤壺從涂層表面脫離時，電機轉速為ω，多面體面邊緣到中心的距離為R，由于多面體(3)隨電機(1)的旋轉，因此在垂直于涂層方向藤壺受向心力F_向，該向心力為：

F_向＝mω²(R+r) (4)

藤壺在水中隨涂層旋轉時，受的水體阻力F_阻為：

式(5)中，C為阻力系數，ρ是水的密度，v是藤壺處水流速度，S是藤壺在運動方向的截面積，因此上式可變換為：

式(6)中，阻力系數C為未知，為了求得此值，把水流在多面體某面外的流動等效為一光滑管道(9)內的流動，其特征長度為d，即多面體寬度，根據普朗特提出的流體阻力系數公式：

式(7)中，Re為雷諾數：

Re＝ρvd/μ (8)

式(8)中，ρ為水的速度，v為藤壺處水流速度，μ為水的黏性系數，因此式(8)可變化為：

Re＝ρω(R+r)d/μ (9)

根據式(7)和(9)可解出阻力系數C，從而計算出式(6)中的F_阻；

在豎直方向的合力F_豎，向心力F_向，以及水流對藤壺的阻力F_阻，三個力在空間方向上互相垂直，因此，三者合力F_合為：

當藤壺在涂層表面附著時，附著力與其他三個力的合力相平衡，因此在數值上附著力F_附＝F_合，二者方向相反；藤壺的最大附著力在數值上等于藤壺脫離時其他三個力的合力F_合，F_附＝F_合可得到藤壺的動態附著力F_附。

2.根據權利要求1所述的海洋防污涂層表面藤壺附著力的測量方法，其特征在于，虛擬藤壺的附著力測量方法具體步驟如下：

1)首先在多面體(3)表面安裝或涂覆防污涂層(7)，由于涂層通常較薄，為數百微米，因此在計算中忽略此厚度；

2)然后將虛擬藤壺，使用環氧樹脂粘附在涂層(7)表面；所述的虛擬藤壺為一個金屬圓柱；

3)將多面體(3)浸入人工海水中，逐漸增加電機(1)轉速，當電機轉速到達一定速度時，虛擬藤壺從涂層表面脫離，采用高速攝像機(5)記下藤壺脫離的錄像，從而獲取脫離時的時刻，可查得此時刻的電機轉速ω；

4)計算虛擬藤壺的附著力

虛擬藤壺圓柱底面半徑為r，長度為l，質量為m；

虛擬藤壺從涂層表面脫離時，最大附著力在數值上等于F_合，

F_豎＝|F_浮-G| (12)

F_浮＝ρgπr²l (13)

G＝mg (14)

以上公式中，ρ是水的密度，g為重力加速度，μ為水的黏性系數，C阻力系數，通過聯立式(17)和式(18)得到，Re為雷諾數，d為多面體某面外的流動等效為一光滑管道(9)的特征長度。