[发明专利]一种超疏水表面减阻性能的测试装置及测试方法

说明书

本发明提出了一种超疏水表面减阻性能的测试装置及测试方法，属于表面减阻性能测试技术领域，特别是涉及一种超疏水表面减阻性能的测试装置及测试方法。解决了现有超疏水表面的减阻性能测试准确度低、使用受限、成本高、测试过程复杂及温度特性差的问题。它包括水箱、测试流道机构、摩擦阻力检测机构和数据处理机构，所述测试流道机构由水流管路将水箱出口、水泵、节流阀、流量计和喷管依次相连组成，摩擦阻力检测机构包括弹性单元、杠杆、铰链和位移传感器，所述位移传感器与数据处理机构通信连接。它主要用于超疏水表面减阻性能的测试。

技术领域

本发明属于表面减阻性能测试技术领域，特别是涉及一种超疏水表面减阻性能的测试装置及测试方法。

背景技术

超疏水材料表面具有自清洁、防结冰、防锈蚀和减阻等优良特性，因此被广泛应用于国防工业、航空航天工业、能源行业、通信和信息技术以及医疗技术等领域。超疏水表面具有减阻性能的主要原因是其粗糙结构中封存空气导致润湿系统中气-液界面的存在，减小了流体与表面的接触面积，降低了固体表面对流体的粘滞作用。超疏水表面的减阻性能能够提高微流体器件的动力学性能、减小船体及飞行器航行时所受流体阻力、减少石油天然气在输运管道中的耗散，对于微机电系统、交通运输及能源输送等产业的发展具有重要的意义。

目前超疏水表面的减阻性能研究主要从减阻性能仿真研究、表面微结构对减阻效应的机制与理论分析以及表面减阻性能的表征方法与测试手段三方面展开。超疏水表面减阻性能的仿真分析及机理研究已取得了较多的成果，国内外对于超疏水表面的减阻性能测试提出了较多方法。目前主要的测试方法是测量一定流量下的压差来间接表征减阻效果，然而流场的压差不仅与流体和管道的阻力情况相关，还受到管路尺寸、管路附件及流动状态等因素的影响，因此流量压差法用来表征减阻性能的准确度下降，无法直观表示超疏水表面在流场中受到的阻力情况；此外，对于尺寸较小的超疏水表面减阻性能的测试，准确的压差数值难以测定，流量压差法的应用受到了限制。

直接测定及表征超疏水表面减阻性能的方法受到广泛关注。PIV粒子图像测试技术和多普勒频移技术能够直观展现微小尺度内流场中的流速分布，同时为解释超疏水表面的减阻机理提供了有效的观察和表征手段，然而较高的成本和复杂的测试过程限制了其现阶段的推广应用。利用应变测力法能够直接表示超疏水表面在流场中所受阻力情况，成本低廉，然而这种方法的固有缺陷在于其温度特性较差，需要外接温度补偿电路，对测定结果的准确度产生影响。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种超疏水表面减阻性能的测试装置及测试方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种超疏水表面减阻性能的测试装置，它包括水箱、测试流道机构、摩擦阻力检测机构和数据处理机构，所述测试流道机构由水流管路将水箱出口、水泵、节流阀、流量计和喷管依次相连组成，所述喷管位于水箱内，形成流动循环系统，所述摩擦阻力检测机构包括弹性单元、杠杆、铰链和位移传感器，所述铰链固定连接在水箱顶端，所述杠杆竖直设置并与铰链相连，所述弹性单元水平设置，一端与杠杆中点相连，另一端固定连接在水箱内壁上，所述位移传感器与弹性单元处于同一水平高度，且与弹性单元位置相对的固定连接在水箱内壁上，所述位移传感器与数据处理机构通信连接，所述数据处理机构提供待测工件所受的阻力值F_i，i＝1、2、3……N。

更进一步的，所述位移传感器为采用激光三角测量原理的激光位移传感器。

更进一步的，所述数据处理机构包括数据采集卡和计算机，所述位移传感器将信号传递至数据采集卡，所述数据采集卡将处理后的信号传递至计算机，通过计算机显示待测工件所受的阻力值F_i。

更进一步的，所述测试流道机构中水箱出口、水泵和节流阀安装在同一水平高度上，所述流量计和喷管处于安装在同一水平高度上，所述喷管所处水平位置高于水箱出口所处水平位置。

更进一步的，所述弹性单元为弹簧。

更进一步的，所述流量计为电磁流量计。