[实用新型]测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种流体阻力测试装置，具体涉及一种用于测量不同流速、不同表面形貌织构试样壁面的流体流动状态及摩擦阻力的装置及方法。

背景技术

在能源紧缺的今天，节能成为现在科研的当务之急，而且生产、生活中由于物体的运动导致的摩擦阻力消耗当量的能源，物体的摩擦阻力导致航行体航程的缩短，进而导致能源利用效率的大幅降低。根据理论推算，在动力和能源一定的情况下，假如将阻力减小10％，则巡航速度和航程可同时增加约3.57％。因此设计研究一个能够评估流体对不同表面的摩擦阻力的测试装置显得尤为重要，尤其在应用表面织构减阻技术的同时，可以对其减阻效果进行评估。因此，为了进行不同形貌织构阻力测试分析和流体状态的探究，设计一种能够评估流体对不同表面织构的摩擦阻力测量装置，对于节约能源、提高能源利用效率、改善和优化工作过程、提高船舶和水下航行器的航行速度和续航能力具有十分重要的战略和实际意义。

目前可应用于流、固界面之间摩擦阻力测试的实验装置主要有水洞、风洞、水池和水槽。利用此类装置研究流体摩擦阻力特性，获得了许多重要的湍流现象，对推进流体减阻理论的发展起到了至关重要的作用。但是，该类装置普遍存在结构复杂、实验条件不易控制、占用空间大、造价昂贵等缺陷，虽然对于实用教学或非光滑表面研究比较适用，但无法广泛应用。以现有的水槽实验装置为例，其造价昂贵，且在测试时又受限于拖曳水池长度的影响。如何使测试装置简单、可靠，且能够评估不同表面织构减阻效果，为实际应用提供可靠依据，仍存在诸多问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置，该装置结构简单、实验样件易制、测试方法简洁方便、精度高、稳定性和 可靠性好，能够用于液体的远距离输送、船舶以及水下航行器在水中运动的阻力测试分析，以及评估流体对不同表面织构的减阻技术和减阻效果。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

一种测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置，其包括收缩稳流管、用于承载待测试织构样品的载物台、测试区和至少用于调整所述装置内流体流速的水泵，所述收缩稳流管通过水管与用以提供流体的水箱连接，所述收缩稳流管与测试区密封连接，并沿流体流动方向依次分布，所述载物台可滑动的设于所述测试区内，并经顶杆与测力计连接

进一步的，所述装置还可包括防水膜，所述防水膜套设在所述顶杆上，并固定于所述测试区的后壁面，用以防止流体从顶杆与测试区壁面流出。

进一步的，所述载物台与所述测试区的底板之间留有间隙，用以减少载物台与测试区的接触面积，从而减少测试区与载物台的摩擦力。

进一步的，所述装置还可包括激光偏光源和高速摄像机，用于捕捉在测试区内流体对应于不同形貌织构样品的流动状态。

进一步的，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与水泵、测力计、激光偏光源和高速摄像机中的部分或全部元件连接。

进一步的，所述水箱、收缩稳流管、测试区经水管密封连接，所述水管的流体输入端和流体输出端均与水箱连通，从而形成流体循环系统。

进一步的，所述测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置、水箱或水管还分别与支座、水箱支架或水管支架固定连接。

进一步的，所述载物台采用直板结构。

进一步的，所述水管包括两段以上依次连通的管道，其中相邻管道之间通过弯管结构或直管接头固定连接。

进一步的，所述的顶杆采用刚性杆状件，其一端与所述载物台固定连接，另一端直接与所述测力计连接。

进一步的，所述收缩稳流管或所述载物台采用3D打印构件。

进一步的，所述测试区的局部或整体采用透明结构。

一种测试不同形貌织构样品在流体中阻力的方法，包括：

提供所述测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置，

将待测试织构样品固定在载物台上，通过水箱提供流体，使流体在所述装置内流动，并以水泵调节流体的流速，以及用测力计实时测量待测试织构样品在流体中的阻力，同时以激光偏光源和高速摄像机实时捕捉在测试区内流体对于待测试织构样品的流动状态，最终探知待测试织构样品的减阻机理。

进一步的，在测试过程中，所述激光偏光源和高速摄像机分别设置于测试区上方和侧面。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：该测试不同形貌织构样品在流体中阻力的装置结构简单、被测试样易制、测试方法简洁方便、精度高、稳定性和可靠性好，能够更方便可靠的用于阻力测试分析和评估表面织构减阻技术和减阻效果。