[发明专利]一种基于受测试件周期振荡的等效滑移长度测量方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于流体力学和界面滑移实验测量技术领域，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。

背景技术

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Micro PIV)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

本发明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。