一种平板表面流体阻力性能测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种平板表面流体阻力性能测试装置，由水箱、变频泵、沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩散段顺次连通构成水循环系统；测试盒位于工作段的上方，下口与工作段的上管壁连通，测试盒内悬挂的水平测试平板底部与工作段上管壁内壁平齐成为流道的组成部分并位于工作段水流上方；压力传感器的压力触头沿水平方向与测试平板悬挂杆活动接触；压力传感器与测试盒外的可编程控制器电连接；能够准确测量平板表面织构化或者涂装减阻涂料后的减阻效果；通过对水循环系统的结构精确设计获得稳定的水流；通过测试平板悬挂剔除了管壁边框与水流的摩擦等干扰，测试方法简单易操作、测试准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测试装置，具体地说是平板表面经织构化或者涂装减阻涂料后在 不同流速水流中的减阻效果的测试装置。
技术介绍
船体表面的阻力主要分为摩擦阻力和压差阻力，而摩擦阻力又是其中最主要的组 成部分，目前对于船舶减阻技术的研究也主要关注于减小摩擦阻力，这对于提高能源使用 效率、减少温室气体排放、改善环境具有重要意义。船体表面织构化或者涂装减阻涂料都是 有效的减阻技术，设计一个能快速、准确评价材料表面经织构化或者涂装减阻涂料处理后 减阻效果的测试装置显得尤为重要。传统的水洞或水槽试验装置大都存在造价高、耗资大、 体积大、实验条件难以控制等问题。 通过文献检索可知，与本专利技术相关的已有的一些小型流体力学测量装置有以下几 种：第一种是旋转式的阻力测试装置，如专利公开号为CN103471806A，名称为"一种转 筒式流体摩擦阻力测试仪"和专利公开号为CN103512844A，名称为"非光滑表面流体摩 擦阻力测试装置及非光滑表面减阻效果评价方法"，都是将水流速度转化为旋转运动，但测 试平板不是圆形会产生压差阻力，影响测试结果；第二种是拖拽式的阻力测量装置，如专 利公开号为CN102288382A，名称为"一种拖拽式流体阻力测试装置"和专利公开号为CN 103743541A，名称为"评估仿生非光滑表面减阻效果的试验装置及方法"，都是通过拖动平 板来代替流体的流动，形成相对运动，这也不够直观；第三种是流道式阻力测量装置，如专 利公开号为CN102023130B，名称为"一种流道式海洋生物附着力测试装置"，设计较复杂， 水流的稳定性不够，且没有考虑流道边框与水流的摩擦对压差的影响，测试结果准确度不 够高；还有一种是简化型平板阻力测量装置，如专利公开号为CN104634538,名称为"一种 测量平板流动阻力的实验装置"，结构较简单，未充分考虑湍流的稳定性以及支撑与试验件 的摩擦力问题，影响了测量精度。另一方面，在前述的测试装置中，试样件都是放在流道的下部并被固定，然后测量 水流通过样件前和通过后的压差，但这一段的管壁也会和水流产生摩擦，管壁产生的摩擦 剔除不了，这样造成测量结果失真。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一款能够快速、准 确地测量平板表面织构化或者涂装减阻涂料后的减阻效果的测试装置，该装置的试验水流 流速均匀性好、湍流度低，测量结果精确可靠。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： -种平板表面流体阻力性能测试装置，其特征在于：由水箱、变频栗、沉降室、扩压 段、收缩段、工作段、扩散段顺次连通构成水循环系统；沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩 散段各段均为管道；测试盒位于工作段的上方，测试盒下口与工作段的上管壁连通，使得测 试盒内悬挂的水平测试平板底部与工作段上管壁内壁平齐成为流道的组成部分并位于工 作段水流上方；测试盒内还设置压力传感器，压力传感器的压力触头沿水平方向与测试平 板的悬挂杆活动接触，使得测试平板在工作段水流摩擦力作用下向流动方向偏转移动的偏 转位移量经悬挂杆的杠杆放大作用传递至压力传感器；压力传感器与测试盒外的可编程控 制器电连接，用于对压力传感器的模拟电压值进行数据收集。 上述技术方案中，沉降室内部与水流方向垂直竖直设置多孔阻尼板；扩压段内与 水流方垂直竖直设置整流网；在测试盒之前工作段管道内部设置流速计，对应的工作段管 道外部设置压力表。 上述技术方案中，收缩段为进口大出口小且实现水流从圆渐变为方的 Batchelor-Shaw收缩曲线，该收缩曲线R的方程为：，其中札和1?2为收缩段的进口 半径和出口边长的1/2,X为Batchelor-Shaw收缩曲线段末端距离收缩段进口处的距离，L为收缩段的长度，单位均为收缩段出口和入口的面积比为1:7~1:8,可使出口水流接 近于势流，保持流速分布均匀。 上述技术方案中，测试盒内有密封装置、高度调节器，密封装置用于在测试平板悬 挂好后将测试盒盖板密封，高度调节器为设置在测试盒盖板上的动力驱动机构，高度调节 器底部通过铰链连接竖向悬挂杆，测试平板水平平行悬挂在悬挂杆底部且在高度调节器作 用下位于水流上方并处于设定水平高度，该设定水平高度使得测试平板底部与工作段上管 壁内壁平齐成为流道的组成部分。 上述技术方案中，测试盒底部与工作段上管壁密封连接，工作段上管壁与测试盒 底部对应处设置通孔使得测试盒下口与工作段的上管壁连通。 上述技术方案中，平板表面流体阻力性能测试装置分别测试未处理前和经表面 处理后的测试平板受水流摩擦时压力传感器输出的模拟电压值，得出相应的减阻率；未 经处理的测试平板受水流摩擦后输出模拟电压值vs，经处理后测试平板受水流摩擦后 压力传感器的输出模拟电压值VR;则表面处理后的减阻效果用减阻率II来表示，II= 100%X(VS_VR)/VS;减阻率τι越大说明表面处理的减阻效果越好。 上述技术方案中，两次测试前均需先把水箱加满水，再通过变频栗向整个系统中 加水，当沉降室内充满液体后，流体以一定的速度流经扩压段使水压增大，再通过收缩段， 进一步增大压力和流速，并在工作段形成流速均匀性好、湍流度低的试验水流；工作段形成 流速均匀性好、湍流度低的试验水流之后，利用计算机对压力传感器的模拟电压值进行数 据收集；同时，利用流速计、压力传感器、可编程控制器、变频栗组成控制系统实现一体化的 控制，通过流量计测得的数据获得工作段内的流速，然后通过变频栗的转速调节整套装置 的流速，所有的控制都由可编程控制器控制。可以实时显示整套装置的流速、压力和压差变 化情况，并可以实现一定的自动控制，设计原理可靠，结构简单，易于搭建，操作容易，测试 准确。 相对于传统测试装置和方法，本专利技术的测试件在处理前后的测试平板放置在水流 上方可以自由活动，可以剔除管壁摩擦力的影响，这与传统试验相比是一重大突破；平板受 到水流的摩擦之后，向水流动的方向偏转，该摩擦力经悬挂杆的杠杆作用放大后传递至压 力传感器，计算机可实时记录反应摩擦力大小的模拟电压值，避免失真。其次，本专利技术专门 设计了收缩段收缩曲线，使得收缩段实现水流从圆渐变为方，且收缩段出口和入口的面积 严格控制，前半段收缩快，后半段变化较平缓，流场均匀性较好，湍流度较稳定，进出口附近 不会发生流体分离，使管口出流接近于势流，其流速分布更均匀。 相对于传统测试装置和方法，本专利技术的益效果是，能够准确测量平板表面织构化 或者涂装减阻涂料后的减阻效果；通过对水循环系统的精确设计，可提供流速均匀、湍流度 低的试验水流，获得了稳定的水流；通过测试平板悬挂，剔除了工作段管壁与水流的摩擦等 干扰。分别测试测试平板和经表面处理后的平板与水流的摩擦力，可得出相应的减阻率， 获得平板表面经织构化处理或者涂装减阻涂料后的减阻效果，测试方法简单易操作；可以 实时显示整套装置的流速、压力和压差变化情况，并可以实现一定的自动控制，设计原理可 靠，结构简单，易于搭建，操作容易，测试准确。【附图说明】 图1是根据本专利技术实施的平板表面流体阻力性能测试装置结构原理示意图。 图2是本专利技术的平板表面流体阻力性能测试装置中收缩段结构图（正视图）。 图3是图2的右视图。 图4是测试盒结构图。 附图1-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板表面流体阻力性能测试装置，其特征在于：由水箱、变频泵、沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩散段顺次连通构成水循环系统；沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩散段各段均为管道；测试盒位于工作段的上方，测试盒下口与工作段的上管壁连通，使得测试盒内悬挂的水平测试平板底部与工作段上管壁内壁平齐成为流道的组成部分并位于工作段水流上方；测试盒内还设置压力传感器，压力传感器的压力触头沿水平方向与测试平板的悬挂杆活动接触，使得测试平板在工作段水流摩擦力作用下向流动方向偏转移动的偏转位移量经悬挂杆的杠杆放大作用传递至压力传感器；压力传感器与测试盒外的可编程控制器电连接，用于对压力传感器的模拟电压值进行数据收集。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白秀琴，杨兴，袁成清，付宜风，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42