評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的目的在于提供評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置及方法，包括水箱、離心泵、可拆卸矩形測(cè)試管道、多孔射流器、高精度差壓計(jì)、電磁流量計(jì)、調(diào)速閥、溢流閥和必要的回路連結(jié)件組成。多孔射流器內(nèi)部裝有整流板，可以提供穩(wěn)定的射流，在射流入口兩端各開(kāi)設(shè)一個(gè)測(cè)壓孔，將該兩點(diǎn)的壓力引入高精度差壓計(jì)，以測(cè)取該兩點(diǎn)間的差壓。通過(guò)對(duì)比射流前后壓差的大小來(lái)評(píng)估多孔仿生射流表面的減阻效果。本發(fā)明試驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多孔仿生射流表面及表面涂層結(jié)構(gòu)減阻效果的測(cè)試，亦能進(jìn)行常規(guī)流體力學(xué)試驗(yàn)；供水部分通過(guò)協(xié)調(diào)離心泵、閥、流量計(jì)等元器件，可以精確的控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳淞魉俣群椭髁魉俣龋M多種射流環(huán)境。
【專(zhuān)利說(shuō)明】評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，具體地說(shuō)是測(cè)試流體對(duì)不同結(jié)構(gòu)表面摩擦阻力的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)流體與固體界面之間的運(yùn)動(dòng)減阻問(wèn)題進(jìn)行了廣泛深入的理論探索及應(yīng)用研究，并成功的在多方面取得了較為顯著的進(jìn)展。由于減阻問(wèn)題能夠直接影響到裝備的能耗和力學(xué)性能，所以此問(wèn)題的研究一直受到各國(guó)專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注，其研究方法主要從理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)等方面進(jìn)行研究，最后通過(guò)比較試驗(yàn)裝置中測(cè)試樣件的減阻性能并得出所需結(jié)論，進(jìn)而再投入到工程實(shí)際應(yīng)用中。試驗(yàn)方法作為研究流體減阻的重要手段，對(duì)推進(jìn)流體減阻理論的發(fā)展起到了非常重要的作用，流體力學(xué)新現(xiàn)象和新理論的提出，一般需要對(duì)流體進(jìn)行大量測(cè)試試驗(yàn)。仿生射流表面能夠減小流體與固體之間的摩擦阻力，減阻效果明顯，是一種全新的減阻技術(shù)，當(dāng)前對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的研究主要集中在理論分析與數(shù)值模擬階段，因其還沒(méi)有一套完整的射流表面測(cè)試試驗(yàn)裝置，因此模型試驗(yàn)還無(wú)法完成。傳統(tǒng)的減阻試驗(yàn)研究大多在水洞、水槽或水池拖曳等環(huán)境中進(jìn)行，但是，由于其造價(jià)昂貴、耗資巨大、體積龐大、日常維護(hù)困難、噪聲大、試驗(yàn)條件不易控制、試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷?fù)雜，在試驗(yàn)條件的各個(gè)方面都具有一定的局限性，并且以上所述裝置均無(wú)法進(jìn)行射流表面減阻試驗(yàn)的研究，因此，研究設(shè)計(jì)一臺(tái)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、試驗(yàn)方便的射流減阻測(cè)試試驗(yàn)裝置顯得尤為重要。
[0003]目前，非光滑表面和射流表面的減阻測(cè)試裝置多集中在旋轉(zhuǎn)射流測(cè)試方法，消耗了更多的湍動(dòng)能。如專(zhuān)利號(hào)為:201110089369.0，名稱(chēng)為“評(píng)估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置”和專(zhuān)利號(hào)為:201120070969.8，名稱(chēng)為“一種對(duì)摩擦阻力測(cè)試的
試驗(yàn)裝置”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能夠用于測(cè)試流體對(duì)不同結(jié)構(gòu)表面摩擦阻力的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:包括水箱、泵、測(cè)試管道、壓差計(jì)，水箱里充有液體，測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板或多孔仿生射流表面槽道蓋板，水箱通過(guò)第一管路連通泵，泵通過(guò)第二管路連通測(cè)試管道的入口，試驗(yàn)管道的出口通過(guò)第三管路連通水箱，光滑表面槽道蓋板上設(shè)置第一組測(cè)壓孔，多孔仿生射流表面槽道蓋板上設(shè)置第二組測(cè)壓孔，第一組測(cè)壓孔和第二組測(cè)壓孔均有兩個(gè)、且所處位置相同；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板時(shí)，多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，第二管路上引出第四管路，第四管路連通多孔射流器，第二組測(cè)壓孔分別位于多孔射流器的兩側(cè)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第二組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板時(shí)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第一組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處。
[0007]本發(fā)明評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置還可以包括:
[0008]1、泵與第四管路之間的第二管路上引出第五管路，第五管路連通水箱。
[0009]2、第二管路上安裝第一調(diào)速閥、流量計(jì)、第一壓力表，第四管路上安裝球閥、第二調(diào)速閥、第二壓力表。
[0010]3、第五管路上安裝溢流閥。
[0011]4、所述的測(cè)試管道為矩形，測(cè)試管道的內(nèi)部包括矩形槽道。
[0012]本發(fā)明評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)方法，其特征是:采用如下試驗(yàn)裝置:包括水箱、泵、測(cè)試管道、壓差計(jì)，水箱里充有液體，測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板或多孔仿生射流表面槽道蓋板，水箱通過(guò)第一管路連通泵，泵通過(guò)第二管路連通測(cè)試管道的入口，試驗(yàn)管道的出口通過(guò)第三管路連通水箱，光滑表面槽道蓋板上設(shè)置第一組測(cè)壓孔，多孔仿生射流表面槽道蓋板上設(shè)置第二組測(cè)壓孔，第一組測(cè)壓孔和第二組測(cè)壓孔均有兩個(gè)、且所處位置相同；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板時(shí)，多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，第二管路上引出第四管路，第四管路連通多孔射流器，第二組測(cè)壓孔分別位于多孔射流器的兩側(cè)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第二組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板時(shí)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第一組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處；
[0013]泵與第四管路之間的第二管路上引出第五管路，第五管路連通水箱；第二管路上安裝第一調(diào)速閥、流量計(jì)、第一壓力表，第四管路上安裝球閥、第二調(diào)速閥、第二壓力表；第五管路上安裝溢流閥；
[0014](I)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板，關(guān)閉球閥，啟動(dòng)泵，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)泵的出口壓力，通過(guò)第一調(diào)速閥和第一流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)試管道里的流體速度即主流速度，同時(shí)記錄差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Ps ;
[0015](2)取下光滑表面槽道蓋板，并在測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板，在多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，打開(kāi)球閥，通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)射流速度，保持與步驟(I)的主流速度相等，同時(shí)記錄下不同射流速度時(shí)差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Pj ；
[0016](3)多孔仿生射流表面槽道蓋板的減阻效果用減阻率DR來(lái)表示，則:
[0017]DR = X 00% X Ps Pi ,,
[0018]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明造價(jià)低、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、日常維護(hù)方便、噪聲低；試驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多孔仿生射流表面及表面涂層結(jié)構(gòu)減阻效果的測(cè)試，亦能進(jìn)行常規(guī)流體力學(xué)試驗(yàn)；供水部分通過(guò)協(xié)調(diào)離心泵、閥、流量計(jì)等元器件，可以精確的控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳淞魉俣群椭髁魉俣?，模擬多種射流環(huán)境；試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用，環(huán)保節(jié)能，無(wú)污染。
[0019]本發(fā)明采用高精度差壓計(jì)對(duì)仿生射流表面的流體摩擦阻力進(jìn)行測(cè)試并對(duì)其減阻效果進(jìn)行評(píng)價(jià)?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2a為本發(fā)明的矩形槽道示意圖a，圖2b為本發(fā)明的矩形槽道示意圖b，圖2c為本發(fā)明的矩形槽道示意圖c ;
[0022]圖3為本發(fā)明的槽道蓋板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0024]結(jié)合圖1~3，本發(fā)明包括水箱1、離心泵2、可拆卸矩形測(cè)試管道8、高精度差壓計(jì)17、電磁流量計(jì)5、調(diào)速閥4、20、壓力表6、10、多孔射流器18、溢流閥3和必要的回路連結(jié)件組成。其中可拆卸矩形測(cè)試管道8包括矩形槽道14和槽道蓋板15兩部分，當(dāng)需要測(cè)量不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果時(shí)只需要更換槽道蓋板15即可；多孔射流器18內(nèi)部裝有柵格整流板12，可以使得多孔射流的射流流體更加均勻穩(wěn)定。在槽道蓋板15上沿流動(dòng)方向開(kāi)設(shè)兩個(gè)測(cè)壓孔16，將該兩點(diǎn)的壓力引入高精度差壓計(jì)17，以測(cè)取該兩點(diǎn)間的壓力差，通過(guò)對(duì)比光滑表面槽道蓋板和裝有多孔射流器的槽道蓋板時(shí)測(cè)得的壓力差來(lái)評(píng)估多孔仿生射流表面的減阻效果。
[0025]本發(fā)明的多孔仿生射流表面減阻效果評(píng)價(jià)方法的具體步驟為:
[0026]a、在可拆卸矩形測(cè)試管道上安裝光滑表面槽道蓋板并關(guān)閉射流管路上的球閥，啟動(dòng)離心泵，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)泵的出口壓力，通過(guò)調(diào)速閥和流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)矩形測(cè)試管道的主流速度，同時(shí)記錄高精度差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Ps ; [0027]b、在可拆卸矩形測(cè)試管道上安裝多孔射流表面槽道蓋板和多孔射流器，打開(kāi)球閥，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)射流速度，保持與步驟a的主流速度相等，同時(shí)記錄下不同射流速度時(shí)高精度差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Pj ;
[0028]C、多孔仿生射流表面的減阻效果用減阻率DR來(lái)表示，計(jì)算方法為:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:包括水箱、泵、測(cè)試管道、壓差計(jì)，水箱里充有液體，測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板或多孔仿生射流表面槽道蓋板，水箱通過(guò)第一管路連通泵，泵通過(guò)第二管路連通測(cè)試管道的入口，試驗(yàn)管道的出口通過(guò)第三管路連通水箱，光滑表面槽道蓋板上設(shè)置第一組測(cè)壓孔，多孔仿生射流表面槽道蓋板上設(shè)置第二組測(cè)壓孔，第一組測(cè)壓孔和第二組測(cè)壓孔均有兩個(gè)、且所處位置相同；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板時(shí)，多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，第二管路上引出第四管路，第四管路連通多孔射流器，第二組測(cè)壓孔分別位于多孔射流器的兩側(cè)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第二組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板時(shí)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第一組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:泵與第四管路之間的第二管路上引出第五管路，第五管路連通水箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:第二管路上安裝第一調(diào)速閥、流量計(jì)、第一壓力表，第四管路上安裝球閥、第二調(diào)速閥、第二壓力表。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:第五管路上安裝溢流閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是--第五管路上安裝溢流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的測(cè)試管道為矩形，測(cè)試管道的內(nèi)部包括矩形槽道。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的測(cè)試管道為矩形，測(cè)試管道的內(nèi)部包括矩形槽道。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的測(cè)試管道為矩形，測(cè)試管道的內(nèi)部包括矩形槽道。`
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的測(cè)試管道為矩形，測(cè)試管道的內(nèi)部包括矩形槽道。
10.評(píng)估多孔仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)方法，其特征是:采用如下試驗(yàn)裝置:包括水箱、泵、測(cè)試管道、壓差計(jì)，水箱里充有液體，測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板或多孔仿生射流表面槽道蓋板，水箱通過(guò)第一管路連通泵，泵通過(guò)第二管路連通測(cè)試管道的入口，試驗(yàn)管道的出口通過(guò)第三管路連通水箱，光滑表面槽道蓋板上設(shè)置第一組測(cè)壓孔，多孔仿生射流表面槽道蓋板上設(shè)置第二組測(cè)壓孔，第一組測(cè)壓孔和第二組測(cè)壓孔均有兩個(gè)、且所處位置相同；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板時(shí)，多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，第二管路上引出第四管路，第四管路連通多孔射流器，第二組測(cè)壓孔分別位于多孔射流器的兩側(cè)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第二組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處；當(dāng)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板時(shí)，壓差計(jì)的兩端分別安裝在第一組測(cè)壓孔的兩個(gè)孔處； 泵與第四管路之間的第二管路上引出第五管路，第五管路連通水箱；第二管路上安裝第一調(diào)速閥、流量計(jì)、第一壓力表，第四管路上安裝球閥、第二調(diào)速閥、第二壓力表；第五管路上安裝溢流閥；(1)測(cè)試管道的下壁上安裝光滑表面槽道蓋板，關(guān)閉球閥，啟動(dòng)泵，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)泵的出口壓力，通過(guò)第一調(diào)速閥和第一流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)試管道里的流體速度即主流速度，同時(shí)記錄差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Ps ； (2)取下光滑表面槽道蓋板，并在測(cè)試管道的下壁上安裝多孔仿生射流表面槽道蓋板，在多孔仿生射流表面槽道蓋板上安裝多孔射流器，打開(kāi)球閥，通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)射流速度，保持與步驟(1)的主流速度相等，同時(shí)記錄下不同射流速度時(shí)差壓計(jì)測(cè)得的壓力差Pj ; (3)多孔仿生射流表面槽道蓋板的減阻效果用減阻率DR來(lái)表示，則:
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK103743542SQ201410027019
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】趙剛, 李芳 , 劉維新, 孫壯志, 杜軍偉, 臧東陽(yáng), 劉文博, 李照遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)