專利名稱：一種拖曳式流體阻力測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于檢測流體阻力的裝置。
背景技術(shù)：
實驗方法作為研究流體摩擦阻力特性的重要手段，對推進(jìn)流體減阻理論的發(fā)展及學(xué)科建設(shè)起到了至關(guān)重要的作用，很多重要的湍流現(xiàn)象都是首先在實驗條件下觀察得到的。隨著減阻技術(shù)的快速發(fā)展，如何設(shè)計一個能夠適合于測量流體對不同表面結(jié)構(gòu)實驗?zāi)Ｐ湍Σ磷枇Φ膶嶒炑b置顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的流體動力學(xué)研究中主要采用水洞和水槽等實驗裝置，但其造價昂貴、耗資巨大、體積龐大、日常維護(hù)困難、噪聲大、實驗條件不易控制、 實驗?zāi)Ｐ蛷?fù)雜、結(jié)構(gòu)多采用封閉式圓管機(jī)構(gòu)等，大大限制了實驗裝置的測試應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)前我國僅僅有幾座水洞及水槽實驗裝置，無法進(jìn)行廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有拖曳實驗裝置，實驗速度范圍小、只局限于水池實驗、受水池長度限制、無法實現(xiàn)海水中近實況流態(tài)模擬，同時，水池造價昂貴、水質(zhì)易污染。因此，如何用簡單、可靠的測量裝置，評估流體對不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，為實際應(yīng)用提供可靠的依據(jù)，仍然是一項十分重要的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供克服水洞體積大、造價高、實驗環(huán)境構(gòu)造困難、操作繁瑣等缺點的一種拖曳式流體阻力測試裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)，其特征是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實驗?zāi)Ｐ?，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實驗?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測試傳感器、小型電子計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)位于密封端蓋、實驗?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測試傳感器還與實驗?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發(fā)明還可以包括1、所述的實驗?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w連接面處采用密封墊片進(jìn)行一級密封、采用密封套進(jìn)行二級密封，通過卡壓板對密封套進(jìn)行緊固壓縮，且通過螺栓將卡壓板緊密固定到工作段腔體上。2、所述的實驗?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)、凹坑結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)。3、所述的實驗?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。本發(fā)明的優(yōu)勢在于(1)本發(fā)明的流體阻力測試裝置為可拖曳式的，可以在海中進(jìn)行近實況拖曳實驗， 能夠真實的模擬船舶或水下航行器在水中行進(jìn)時流體狀態(tài)；同時、由于本發(fā)明的裝置依靠船或其它動力裝置進(jìn)行拖曳，因此實驗過程中能夠提供給拖曳裝置工作段中流體流速變化范圍更加廣泛。(2)可拖曳裝置部分除具有近實況拖曳功能外，可拖曳裝置部分兩端能夠通過法蘭聯(lián)接在所設(shè)計的實驗室內(nèi)部阻力測試裝置中，進(jìn)行常規(guī)的水動力學(xué)實驗，實現(xiàn)在水中進(jìn)行近實況拖曳實驗、在實驗室內(nèi)部進(jìn)行常規(guī)水動力學(xué)實驗的雙重功用。(3)實驗?zāi)Ｐ桶卜旁诠ぷ鞫吻惑w的兩側(cè)壁上，實現(xiàn)在兩側(cè)壁對模型表面進(jìn)行數(shù)據(jù)測量；實驗?zāi)Ｐ捅砻婵梢愿鶕?jù)需要設(shè)計出不同的表面外形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對不同模型表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析；實驗?zāi)Ｐ偷耐庑谓Y(jié)構(gòu)可以做成真實的船表面的局部結(jié)構(gòu)，利用裝置構(gòu)造更加符合船舶或航行器行進(jìn)時的局部流場。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的工作段截面示意圖；圖3為本發(fā)明的實驗?zāi)Ｐ秃蛯嶒災(zāi)Ｐ吐?lián)接架布置方案圖；圖4為本發(fā)明實驗?zāi)Ｐ团c實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接架和實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接板布置方案圖；圖5為實驗室內(nèi)部阻力測試裝置結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 5，收縮段5和工作段腔體16通過螺栓6聯(lián)接，工作段腔體16和擴(kuò)散段19通過螺栓17連接。實驗?zāi)Ｐ?2安放在工作段腔體16上，二者聯(lián)接面處一級密封采用密封墊片7進(jìn)行密封，二級密封采用密封套10進(jìn)行密封，再通過卡壓板11對密封套進(jìn)行緊固壓縮，最后通過螺栓8將卡壓板11緊密聯(lián)接到工作段腔體16上，實現(xiàn)對實驗?zāi)Ｐ?2 的密封、固定作用。實驗?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要加工不同表面外形結(jié)構(gòu)，如凹坑結(jié)構(gòu)， V型結(jié)構(gòu)等，如圖2所示。實驗?zāi)Ｐ捅砻婵梢灾苯油扛矞p阻涂層，或加工成不同曲面形狀結(jié)構(gòu)。圖3中，實驗?zāi)Ｐ?2通過沉頭螺釘23緊密聯(lián)接在實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接架M上，實驗中將該部件與工作段腔體16通過密封套10、卡壓板11、螺栓8緊密聯(lián)接、密封。圖4中，實驗?zāi)Ｐ?12通過沉頭螺釘緊密聯(lián)接在實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接板25上，實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接板25通過沉頭螺釘聯(lián)接到實驗?zāi)Ｐ吐?lián)接架M之上，實驗中將該部件與工作段腔體16通過密封套10、卡壓板11、螺栓8緊密聯(lián)接、密封。實驗?zāi)Ｐ瓦B接板25與實驗?zāi)Ｐ?2聯(lián)接尺寸大小根據(jù)實驗?zāi)Ｐ屯庑温?lián)接尺寸進(jìn)行設(shè)計。測試傳感器13排布在實驗?zāi)Ｐ?2內(nèi)側(cè)表面，采集實驗過程中所需信號，傳入數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)15中，最后將采集到的數(shù)據(jù)以文檔的形式存儲于小型電子計算機(jī)14中。工作段腔體16頂端端面通過螺栓9將密封端蓋22與自身相聯(lián)接，通過密封墊片 21進(jìn)行密封。外殼18 —端通過螺栓3與收縮段5相聯(lián)接，另一端通過螺栓20與擴(kuò)散段19 相聯(lián)接，并且在端面處放置密封墊片4進(jìn)行密封。拖曳板1通過螺栓2與收縮段5相聯(lián)接。 實驗過程中，將拖曳裝置浸入水中，動力源與拖曳板1相聯(lián)接，當(dāng)動力源提供給拖曳裝置一定速度行進(jìn)時，水流通過收縮段5進(jìn)行整流調(diào)速后，提供給工作段均勻的水流，測試傳感器 13將流體對實驗?zāi)Ｐ?2阻力信號傳遞至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號經(jīng)過運(yùn)放、濾波后轉(zhuǎn)換成阻力信號，存儲于小型電子計算機(jī)14中，工作段內(nèi)流體最終通過擴(kuò)散段19流出。當(dāng)動力源提供不同拖曳速度情況時，數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)15自動將不同流速下采集到的信號信息以文檔形式存儲于小型電子計算機(jī)14中，待實驗結(jié)束后，將拖曳裝置從水中取出，將小型電子計算機(jī)14中存儲的數(shù)據(jù)信息文檔調(diào)出，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。進(jìn)行實驗室內(nèi)部實驗時，將拖曳裝置拖曳板1、螺栓2和外殼18拆卸掉，密封端蓋 22也可以拆卸掉，將拖曳裝置部分I直接安裝到實驗室內(nèi)部阻力測試裝置II相應(yīng)部位，通過收縮段5和擴(kuò)散段19法蘭與實驗室內(nèi)部阻力測試裝置II緊密聯(lián)接，如圖5所示。實驗時，水泵將地面水箱中的水通過進(jìn)水管路泵入到高位的水箱中，高位水箱內(nèi)安放有溢流板， 溢流板使水箱中的水位保持恒定，多余的水通過與高位水箱連接的溝槽流回地面水箱；高位水箱內(nèi)插有的多孔阻尼板作為穩(wěn)流裝置，用來消除通過水泵進(jìn)入的水所引起的波動；高位水箱中水經(jīng)能量轉(zhuǎn)換使得水流經(jīng)擴(kuò)壓段產(chǎn)生一定的流速，流入整流網(wǎng)進(jìn)行整流，在收縮段5對流體進(jìn)行加速，在工作段形成低湍流度的均勻水流，提供實驗所需要的測試環(huán)境；從工作段流出的水經(jīng)擴(kuò)散段19流出后流回地面水箱；如此反復(fù)循環(huán)流動。本發(fā)明涉及拖曳裝置的整體尺寸長為1820mm。實驗?zāi)Ｐ?2的法蘭尺寸，長為 620mm,寬為220mm ；當(dāng)實驗?zāi)Ｐ?2需要加工曲面外形結(jié)構(gòu)時，法蘭允許最大尺寸，長為 598mm，寬為198mm，最小尺寸要求在實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)側(cè)能夠符合測試傳感器13排布即可，曲面外形結(jié)構(gòu)根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)計加工。收縮段5的型線設(shè)計好壞將直接影響能否給工作段提供均勻流場，具體設(shè)計采用理論分析計算方法和經(jīng)驗性近似公式計算法相結(jié)合的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，即進(jìn)出口處采用經(jīng)驗性近似公式計算法進(jìn)行設(shè)計計算，再按照理論分析計算方法設(shè)計出滿足入口和出口截面尺寸的薩諾揚(yáng)曲線；收縮段5的長度為610mm，入口與出口截面比為7. 1。工作段腔體16的入口截面和出口截面均為200mmX200mm的正方形， 工作段腔體16的長度為800mm，兩側(cè)壁開有600mmX 200mm的通孔，用于安裝實驗?zāi)Ｐ?2。 擴(kuò)散段19的入口截面為200mmX200mm的正方形，擴(kuò)散角為3.，擴(kuò)散段水平長度為410mm。 本發(fā)明實施例的主要材料為Q235鋼，并在拖曳裝置外側(cè)表面涂布聚四氟保護(hù)層，其主要加工方式為機(jī)械加工成型。
權(quán)利要求
1.一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)，其特征是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實驗?zāi)Ｐ?，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實驗?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測試傳感器、小型電子計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)位于密封端蓋、實驗?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測試傳感器還與實驗?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特征是所述的實驗?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w連接面處采用密封墊片進(jìn)行一級密封、采用密封套進(jìn)行二級密封，通過卡壓板對密封套進(jìn)行緊固壓縮，且通過螺栓將卡壓板緊密固定到工作段腔體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特征是所述的實驗?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)、凹坑結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特征是所述的實驗?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特征是所述的實驗?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)、拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實驗?zāi)Ｐ?，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實驗?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測試傳感器、小型電子計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)位于密封端蓋、實驗?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測試傳感器還與實驗?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發(fā)明可實現(xiàn)在水中進(jìn)行近實況拖曳實驗、在實驗室內(nèi)部進(jìn)行常規(guī)水動力學(xué)實驗的雙重功用。
文檔編號G01M10/00GK102288382SQ20111011635
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者劉浩, 李玲莉, 楊立明, 舒海生, 謝志超, 谷云慶, 趙丹, 趙剛, 鄭金興, 韓毛毛 申請人:哈爾濱工程大學(xué)