測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種流體阻力測試裝置，具體涉及一種用于測量不同流速、不同表面形貌織構(gòu)試樣壁面的流體流動狀態(tài)及摩擦阻力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源緊缺的今天，節(jié)能成為現(xiàn)在科研的當務(wù)之急，而且生產(chǎn)、生活中由于物體的運動導(dǎo)致的摩擦阻力消耗當量的能源，物體的摩擦阻力導(dǎo)致航行體航程的縮短，進而導(dǎo)致能源利用效率的大幅降低。根據(jù)理論推算，在動力和能源一定的情況下，假如將阻力減小10%,則巡航速度和航程可同時增加約3.57%。因此設(shè)計研宄一個能夠評估流體對不同表面的摩擦阻力的測試裝置顯得尤為重要，尤其在應(yīng)用表面織構(gòu)減阻技術(shù)的同時，可以對其減阻效果進行評估。因此，為了進行不同形貌織構(gòu)阻力測試分析和流體狀態(tài)的探宄，設(shè)計一種能夠評估流體對不同表面織構(gòu)的摩擦阻力測量裝置，對于節(jié)約能源、提高能源利用效率、改善和優(yōu)化工作過程、提高船舶和水下航行器的航行速度和續(xù)航能力具有十分重要的戰(zhàn)略和實際意義。
[0003]目前可應(yīng)用于流、固界面之間摩擦阻力測試的實驗裝置主要有水洞、風(fēng)洞、水池和水槽。利用此類裝置研宄流體摩擦阻力特性，獲得了許多重要的湍流現(xiàn)象，對推進流體減阻理論的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。但是，該類裝置普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實驗條件不易控制、占用空間大、造價昂貴等缺陷，雖然對于實用教學(xué)或非光滑表面研宄比較適用，但無法廣泛應(yīng)用。以現(xiàn)有的水槽實驗裝置為例，其造價昂貴，且在測試時又受限于拖曳水池長度的影響。如何使測試裝置簡單、可靠，且能夠評估不同表面織構(gòu)減阻效果，為實際應(yīng)用提供可靠依據(jù)，仍存在諸多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的主要目的在于提供一種測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、實驗樣件易制、測試方法簡潔方便、精度高、穩(wěn)定性和可靠性好，能夠用于液體的遠距離輸送、船舶以及水下航行器在水中運動的阻力測試分析，以及評估流體對不同表面織構(gòu)的減阻技術(shù)和減阻效果。
[0005]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案包括:
[0006]一種測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置，其包括收縮穩(wěn)流管、用于承載待測試織構(gòu)樣品的載物臺、測試區(qū)和至少用于調(diào)整所述裝置內(nèi)流體流速的水泵，所述收縮穩(wěn)流管通過水管與用以提供流體的水箱連接，所述收縮穩(wěn)流管與測試區(qū)密封連接，并沿流體流動方向依次分布，所述載物臺可滑動的設(shè)于所述測試區(qū)內(nèi)，并經(jīng)頂桿與測力計連接
[0007]進一步的，所述裝置還可包括防水膜，所述防水膜套設(shè)在所述頂桿上，并固定于所述測試區(qū)的后壁面，用以防止流體從頂桿與測試區(qū)壁面流出。
[0008]進一步的，所述載物臺與所述測試區(qū)的底板之間留有間隙，用以減少載物臺與測試區(qū)的接觸面積，從而減少測試區(qū)與載物臺的摩擦力。
[0009]進一步的，所述裝置還可包括激光偏光源和高速攝像機，用于捕捉在測試區(qū)內(nèi)流體對應(yīng)于不同形貌織構(gòu)樣品的流動狀態(tài)。
[0010]進一步的，所述裝置還包括控制單元，所述控制單元與水泵、測力計、激光偏光源和高速攝像機中的部分或全部元件連接。
[0011]進一步的，所述水箱、收縮穩(wěn)流管、測試區(qū)經(jīng)水管密封連接，所述水管的流體輸入端和流體輸出端均與水箱連通，從而形成流體循環(huán)系統(tǒng)。
[0012]進一步的，所述測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置、水箱或水管還分別與支座、水箱支架或水管支架固定連接。
[0013]進一步的，所述載物臺采用直板結(jié)構(gòu)。
[0014]進一步的，所述水管包括兩段以上依次連通的管道，其中相鄰管道之間通過彎管結(jié)構(gòu)或直管接頭固定連接。
[0015]進一步的，所述的頂桿采用剛性桿狀件，其一端與所述載物臺固定連接，另一端直接與所述測力計連接。
[0016]進一步的，所述收縮穩(wěn)流管或所述載物臺采用3D打印構(gòu)件。
[0017]進一步的，所述測試區(qū)的局部或整體采用透明結(jié)構(gòu)。
[0018]一種測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的方法，包括:
[0019]提供所述測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置，
[0020]將待測試織構(gòu)樣品固定在載物臺上，通過水箱提供流體，使流體在所述裝置內(nèi)流動，并以水泵調(diào)節(jié)流體的流速，以及用測力計實時測量待測試織構(gòu)樣品在流體中的阻力，同時以激光偏光源和高速攝像機實時捕捉在測試區(qū)內(nèi)流體對于待測試織構(gòu)樣品的流動狀態(tài)，最終探知待測試織構(gòu)樣品的減阻機理。
[0021]進一步的，在測試過程中，所述激光偏光源和高速攝像機分別設(shè)置于測試區(qū)上方和側(cè)面。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型至少具有以下有益效果:該測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置結(jié)構(gòu)簡單、被測試樣易制、測試方法簡潔方便、精度高、穩(wěn)定性和可靠性好，能夠更方便可靠的用于阻力測試分析和評估表面織構(gòu)減阻技術(shù)和減阻效果。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型一典型實施例中一種測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置的剖視圖；
[0024]圖2為本實用新型一測試區(qū)的局部主視圖；
[0025]圖3為本實用新型一測試區(qū)的局部俯視圖；
[0026]圖4為本實用新型一測試區(qū)的局部左視圖；
[0027]圖5為本實用新型一測試區(qū)的局部剖視圖
[0028]圖6為測試不同形貌織構(gòu)和流速下試樣的阻力和水流狀態(tài)的原理圖；
[0029]附圖標記說明:1_水箱、2-水箱支架、3-密封接頭、4-水管、5-排水口、6_收縮穩(wěn)流管、7-測試區(qū)、8-載物臺、9-防水膜、10-頂桿、11-測力計、12-水泵、13-水管支架、14-彎/直管接頭、15-支座、16-螺栓、17-螺孔、18-試樣。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖及典型實施案例對本實用新型的技術(shù)方案，包括本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)、原理和工作過程作進一步的說明。
[0031]請參閱圖1，作為本實用新型的一較為典型的實施例，其涉及的一種測試不同形貌織構(gòu)樣品在流體中阻力的裝置，即一種用于測量不同流速、不同表面織構(gòu)試樣壁面的流體流動狀態(tài)及摩擦阻力測試裝置包括水箱1、水箱支架2、密封接頭3、水管4、排水口 5、收縮穩(wěn)流管6、測試區(qū)7、載物臺8、防水膜9、頂桿10、試樣18、測力計11、水泵12、水管支架13、彎/直管接頭14、支座15等。
[0032]其中，水箱通過密封接頭與水管的流體輸入端口相連，而組成水管的各管路之間采用彎/直管接頭連接，水箱、