一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法技术

本公开提供了一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法，包括：步骤S101：制备具有超疏水表面的受测试件，并将受测试件安装在等效滑移长度测量系统；步骤S102：设定等效滑移长度测量系统的参数，开启等效滑移长度测量系统；步骤S103：受测试件在自身平面内进行周期运动并带动流体产生Stokes层，测量Stokes层内的观测点的实际最大速度；步骤S104：由所述实际最大速度计算等效滑移长度。

An equivalent slip length measurement method based on periodic oscillation of tested parts

The disclosure provides a method for measuring the equivalent sliding length based on the periodic oscillation of the tested piece, which includes: step S101: preparing the tested piece with superhydrophobic surface, and installing the tested piece in the equivalent sliding length measurement system; step S102: setting the parameters of the equivalent sliding length measurement system, and opening the equivalent sliding length measurement system; step S103: the tested piece is from the Step S104: calculate the equivalent slip length from the actual maximum velocity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法
本专利技术属于流体力学和界面滑移实验测量
，尤其涉及一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法。
技术介绍
随着材料工艺和微纳米制造技术的发展，科研工作者对具有微结构固体功能表面的研究日趋深入，固体功能表面被越来越广泛地应用在实际生活中。当固体表面的微结构中存在气层或不溶于水的液体时，引入滑移边界条件的假设更符合真实的物理情况。在1823年，Navier提出了滑移边界条件假设，并相应地提出了滑移长度的概念，这一边界条件可以很好地描述具有微结构的固体功能表面的等效滑移对周围流场的影响。固体表面的滑移可以降低水下航行器的阻力和噪声，提高航行速度并节省能量，对实际应用具有重大意义。因此，有必要测量得到准确的滑移长度。随着仪器技术的发展，人们提出了多种测量固体表面滑移长度的实验方法。常用的滑移长度实验测量方法包括粒子测量法和力测量法。粒子测量法基于光学成像的原理，通过在流场中加入一定的荧光粒子，利用激光、高速相机等设备得到表面附近的粒子运动情况并计算出流场的速度分布，进而计算出表面的滑移长度。常用的粒子测量法包括粒子图像测速技术(PIV或MicroPIV)和荧光漂白恢复技术(FRAP)等。力测量法基于圆柱或圆球表面在流体中缓慢靠近另一个固体表面的物理模型，根据斯托克斯流动中得到的理论解，可以通过圆球或圆柱所受的流体作用力计算出滑移长度。因此，在力测量法中，滑移长度是通过流体作用力间接给出的，属于间接测量的方法，而流体作用力可以通过仪器直接测量，也可以利用悬臂梁装置，通过梁自由端的位移间接测量得到。常用的力测量法对应的实验仪器有表面力仪(SFA)和原子力显微镜(AFM)等。除此之外，其他间接测量滑移长度的实验方法还包括毛细压降测量法、旋转流变仪扭矩测量法等。总体来说，通过实验方法测量得到的滑移长度在纳米至百微米的范围内。对于需要借助表面力仪和原子力显微镜的间接测量技术，其测量精度较高，但需要精确的滑移模型来推算滑移长度和滑移速度，且测试仪器昂贵。而对于粒子图像测速技术等直接测量方法需要计算得到固体表面上的速度梯度才能计算出滑移长度，要求对近壁面速度曲线进行精确测量，这是当前实验测量领域的挑战。因此，寻求更简便可行的滑移长度测量方法对实际工程应用有重要意义。公开内容(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于寻求一种简便的滑移长度测量方法，借助速度测量手段，只需要得到Stokes层以内任意高度处固定空间点的最大振荡速度，便可以计算得到滑移长度；并且对于每一种周期振荡运动速度-时间曲线，都可以给出速度幅值变化系数和等效滑移长度的参数对照表，方便在实际应用中通过查表得到滑移长度。(二)技术方案本公开提供了一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法，包括：步骤S101：制备具有超疏水表面的受测试件，并将受测试件安装在等效滑移长度测量系统；步骤S102：设定等效滑移长度测量系统的参数，开启等效滑移长度测量系统；步骤S103：受测试件在自身平面内进行周期运动并带动流体产生Stokes层，测量Stokes层内的观测点的实际最大速度；步骤S104：由所述实际最大速度计算等效滑移长度。本专利技术的实施例中，在步骤S101中，在平整的受测试件上通过喷涂或者打印微纳尺度多级结构等方式制备超疏水表面，将制备好的具有超疏水表面的受测试件安装等效滑移长度测量系统。本专利技术的实施例中，等效滑移长度测量系统的参数包括：振荡运动速度-时间曲线、振荡频率和位移幅值。本专利技术的实施例中，受测试件的截面为平表面，其特征尺寸大于位移幅值的十倍以上。本专利技术的实施例中，将受测试件中间站位处Stokes层内距离超疏水表面任意高度处的一个固定空间位置作为观测点。本专利技术的实施例中，在步骤S104中，由实际最大速度得到速度幅值变化系数，由速度幅值变化系数得到等效滑移长度。本专利技术的实施例中，对于简谐振荡运动曲线，根据公式u(y，t)|Max＝αU0e-η，得到速度幅值变化系数；其中，U0e-η为试件表面无滑移条件下观测点所在高度处的最大速度；u(y，t)|Max为实际最大速度；α为速度幅值变化系数。本专利技术的实施例中，对于简谐振荡运动曲线，通过公式计算等效滑移长度lb，或者通过查找速度幅值变化系数与等效滑移长度的对应关系表得到等效滑移长度；对于非简谐振荡，通过受测试件周期振荡的速度变化曲线，利用数值计算的方式来得到等效滑移长度。(三)有益效果本专利技术借助流场速度测量手段，只需要测量单个空间点的速度，得到Stokes层内任意高度处固定空间点的最大振荡速度，便可以计算滑移长度；而不再需要精确测量试件上的速度梯度，避免了试件表面测量的误差；可供选择的速度测量手段也不再限于粒子图像测速技术。并且对于每一种周期振荡运动速度-时间曲线，都可以给出速度幅值变化系数α和等效滑移长度的对照表，方便在工程应用中查表得到滑移长度。附图说明图1为本专利技术实施例的基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法的流程图。图2为简谐振荡和匀速往复振荡的速度-时间曲线示意图。图3为滑移长度与速度幅值变化系数的对应关系曲线。图4为观测点的位置示意图。图5为等效滑移长度示意图。图6为等效滑移长度测量系统的结构示意图。图7为等效滑移长度测量系统的正视图。图8为等效滑移长度测量系统的侧视图。图9为等效滑移长度测量系统的斜视图。【附图标记】1-振荡模组高度调节器；2-固定支架；3-电机滑块模组；4-有机玻璃水箱；5-延长连杆；6-水面盖板；7-受测试件；8-水介质；9-平台。具体实施方式本专利技术的目的在于寻求一种简便的滑移长度测量方法，借助速度测量手段，只需要得到Stokes层以内任意高度处固定空间点的最大振荡速度，便可以计算得到滑移长度；并且对于每一种周期振荡运动速度-时间曲线，都可以给出速度幅值变化系数和等效滑移长度的参数对照表，方便查表得到滑移长度。下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。本专利技术实施例提供了一种基于周期壁面振荡的等效滑移长度测量方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤S101：制备具有超疏水表面的受测试件，并将受测试件安装在等效滑移长度测量系统。步骤S102：设定等效滑移长度测量系统的参数，开启等效滑移长度测量系统。步骤S103：受测试件在自身平面内进行周期运动并带动流体产生Stokes层，测量Stokes层内的观测点的实际最大速度；步骤S104：由所述实际最大速度计算等效滑移长度。本实施例基于受测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法，其特征在于，包括：/n步骤S101：制备具有超疏水表面的受测试件，并将受测试件安装在等效滑移长度测量系统；/n步骤S102：设定等效滑移长度测量系统的参数，开启等效滑移长度测量系统；/n步骤S103：受测试件在自身平面内进行周期运动并带动流体产生Stokes层，测量Stokes层内的观测点的实际最大速度；/n步骤S104：由所述实际最大速度计算等效滑移长度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法，其特征在于，包括：
步骤S101：制备具有超疏水表面的受测试件，并将受测试件安装在等效滑移长度测量系统；
步骤S102：设定等效滑移长度测量系统的参数，开启等效滑移长度测量系统；
步骤S103：受测试件在自身平面内进行周期运动并带动流体产生Stokes层，测量Stokes层内的观测点的实际最大速度；
步骤S104：由所述实际最大速度计算等效滑移长度。


2.如权利要求1所述的等效滑移长度测量方法，其特征在于，在步骤S101中，在平整的受测试件上通过喷涂或者打印微纳尺度多级结构等方式制备超疏水表面，将制备好的具有超疏水表面的受测试件安装到等效滑移长度测量系统。


3.如权利要求1所述的等效滑移长度测量方法，其特征在于，等效滑移长度测量系统的参数包括：振荡运动速度-时间曲线、振荡频率和位移幅值。


4.如权利要求2所述的等效滑移长度测量方法，其特征在于，受测试件的截面为平表面，其特征尺寸大于位移幅值的十倍以上。

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【专利技术属性】
技术研发人员：段慧玲，李泽祥，刘晓超，吕鹏宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11