CN103575502B - 一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置及减阻效果评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置及减阻效果评价方法，包括离心泵、水箱，离心泵与测试管道的入口通过主流循环入口管路相连通，测试管道的出口与水箱通过主流循环出口管路相连通，离心泵与水箱相连通，主流循环入口管路上设置射流管道，射流管道的入口通过测试管道下方进口连通测试管道，主流循环入口管路上位于射流管道与测试管道之间的部分依次安装第一调速阀、流量计、第一压力表，射流管道上依次安装球阀、第二调速阀、第二压力表，测试管道下方进口沿流体流动方向的分别设置一个测压孔，两个测压孔连接压差计。本发明造价低、结构紧凑、体积小、日常维护方便，试验过程中实现了水的循环利用、环保节能、无污染。

Description

一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置及减阻效果评价方法

技术领域

本发明涉及的是一种测试装置及测试方法，具体地说是仿生射流表面的流体摩擦阻力测试装置及减阻效果的评价方法。

背景技术

目前，国内外相关学者对流体与固体界面之间的运动减阻问题进行了广泛深入的理论探索及应用研究，并成功的在多方面取得了较为显著的进展。由于减阻问题能够直接影响到装备的能耗和力学性能，所以此问题的研究一直受到各国专家学者的关注，其研究方法主要从理论分析、数值模拟、模型试验等方面进行研究，最后通过比较试验装置中测试样件的减阻性能并得出所需结论，进而再投入到工程实际应用中。无论是理论分析，还是数值计算，都以模型试验获得的数据精度最高，更接近于实际，因此理论分析，数据模拟等最终也都需要试验的检验和验证。试验方法作为研究流体减阻的重要手段，对推进流体减阻理论的发展起到了非常重要的作用，流体力学新现象和新理论的提出，一般需要对流体进行大量测试试验。仿生射流表面能够减小流体与固体之间的摩擦阻力，减阻效果明显，是一种全新的减阻技术，当前对于此项技术的研究主要集中在理论分析与数值模拟阶段，因其还没有一套完整的射流表面测试试验装置，因此模型试验还无法完成。传统的减阻试验研究大多在水洞、水槽或水池拖曳等环境中进行，但是，由于其造价昂贵、耗资巨大、体积庞大、日常维护困难、噪声大、试验条件不易控制、试验模型复杂，在试验条件的各个方面都具有一定的局限性，并且以上所述装置均无法进行射流表面减阻试验的研究，因此，研究设计一台成本低廉、结构简单、试验方便的射流减阻测试试验装置显得尤为重要。

目前，非光滑表面和射流表面的减阻测试装置多集中在旋转射流测试方法，消耗了更多的湍动能。如专利申请号为：201110089369.0，名称为“评估仿生非光滑表面及仿生射流表面减阻效果的试验装置”和专利申请号为：201120070969.8，名称为“一种对摩擦阻力测试的试验装置”。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现对仿生射流表面和仿生非光滑表面的摩擦阻力进行测试的一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置及减阻效果评价方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置，其特征是：包括离心泵、水箱，离心泵与测试管道的入口通过主流循环入口管路相连通，测试管道的出口与水箱通过主流循环出口管路相连通，离心泵与水箱相连通，主流循环入口管路上设置射流管道，射流管道的入口通过测试管道下方进口连通测试管道，主流循环入口管路上位于射流管道与测试管道之间的部分依次安装第一调速阀、流量计、第一压力表，射流管道上依次安装球阀、第二调速阀、第二压力表，测试管道下方进口沿流体流动方向的分别设置一个测压孔，两个测压孔连接压差计。

本发明一种仿生射流表面流体摩擦阻力测试装置还可以包括：

1、主流循环入口管路上位于离心泵和射流管道之间的部分设置回流管路，回流管道连通水箱，在回流管路上安装溢流阀。

本发明一种仿生射流表面减阻效果评价方法，其特征是：采用如下试验装置：

包括离心泵、水箱，离心泵与测试管道的入口通过主流循环入口管路相连通，测试管道的出口与水箱通过主流循环出口管路相连通，离心泵与水箱相连通，主流循环入口管路上设置射流管道，射流管道的入口通过测试管道下方进口连通测试管道，主流循环入口管路上位于射流管道与测试管道之间的部分依次安装第一调速阀、流量计、第一压力表，射流管道上依次安装球阀、第二调速阀、第二压力表，测试管道下方进口沿流体流动方向的分别设置一个测压孔，两个测压孔连接压差计；

（1）启动离心泵，关闭球阀，使得流体射流管道的入口速度为0，同时记录差压计测得的压力差p_s；

（2）通过调节第二调速阀和第二压力表来调节流体的射流速度，保持流体的射流速度不变，同时记录差压计测得的压力差p_j；

（3）在测试管道内壁面铺覆需要测量的仿生非光滑表面薄膜，关闭球阀，使得流体射流管道的入口速度为0，同时记录高精度差压计的压力差p_n；

（4）仿生射流表面的减阻效果用减阻率DR_射来表示，则：

DR_射=100%×(p_s-p_j)/p_s；

仿生非光滑表面的减阻效果用减阻率DR_非来表示，则：

DR_非=100%×(p_s-p_n)/p_s。

本发明的优势在于：本发明造价低、结构紧凑、体积小、日常维护方便、噪声低；试验装置能够实现对射流表面及非光滑表面减阻效果的测试，亦能进行常规流体力学试验；供水部分通过协调离心泵、阀、流量计等元器件，可以精确的控制试验模型的射流速度和主流速度，模拟多种射流环境；试验过程中实现了水的循环利用，环保节能，无污染。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明试验装置包括主流循环管路、射流循环管路两部分组成。主流循环管路包括水箱1、离心泵2、溢流阀3、调速阀4、电磁流量计5、压力表6、测试管道9、两个测压孔、高精度差压计和必要的回路连接件。其中两个测压孔与高精度差压计相连接，且两个测压孔分别位于射流管入口11的两侧，用于测量两点的压力差，并通过对比射流前后两点的压力差的变化来评估仿生射流表面的减阻效果。

射流管路包括水箱1、离心泵2、溢流阀3、调速阀12、压力表7、射流管入口11、球阀10和必要的回路连接件。通过调节射流管道与主流管道的角度可以测量不同射流角度时仿生射流表面的减阻效果，在射流孔入口11的左右开了两个测压孔，将该两点的压力引入高精度差压计，以测得该两点间的差压，通过与未射流时的所测得的压差值进行对比来检测仿生射流表面的减阻效果。

所述的仿生射流表面减阻效果的评价方法的具体步骤为：

a、启动离心泵2，通过调节溢流阀3来调节泵2的出口压力，通过调速阀4来调节测试管道9的主流速度，关闭射流管入口11管路上的球阀10，使得射流入口速度为0，同时记录高精度差压计测得的压力差p_s；

b、通过调节射流管道的调速阀12和压力表7来调节射流速度，保持某一射流速度不变，同时记录高精度差压计测得的压力差p_j；

c、仿生射流表面的减阻效果用减阻率DR来表示，计算方法为：

DR_射=100%×(p_s-p_j)/p_s；

d、在测试管道9内壁面铺覆需要测量的仿生非光滑表面薄膜，关闭射流管道上的球阀10，使得射流入口速度为0，同时记录高精度差压计的压力差p_n；

e、仿生非光滑表面的减阻效果用减阻率DR来表示，计算方法为：

DR_非=100%×(p_s-p_n)/p_s；

减阻率DR越大，减阻效果越好。

本发明的工作原理为：

本发明通过驱动离心泵2给主流循环管路和射流循环管路供水，通过溢流阀3调节离心泵2的出口压力。通过调节调速阀4和调速阀12来分别调节测试测试管道的入口8和射流管入口11的速度。在射流管入口11左右两端各开一个测压孔，将测得的压力值引入高精度差压计，通过对未加射流和加入射流时测得的压差值进行比较来检测射流表面的减阻效果。当需要测量凹坑、凸包、沟槽等非光滑表面的减阻效果时，不需加入射流管，只需在测试管道9的内表面粘贴非光滑表面薄膜，并测量贴膜前后的压差值来检测上述非光滑表面的减阻效果。

Claims (1)

1.一种仿生射流表面减阻效果评价方法，其特征是：采用如下试验装置：

包括离心泵、水箱，离心泵与测试管道的入口通过主流循环入口管路相连通，测试管道的出口与水箱通过主流循环出口管路相连通，离心泵与水箱相连通，主流循环入口管路上设置射流管道，射流管道的入口通过测试管道下方进口连通测试管道，主流循环入口管路上位于射流管道与测试管道之间的部分依次安装第一调速阀、流量计、第一压力表，射流管道上依次安装球阀、第二调速阀、第二压力表，测试管道下方进口沿流体流动方向的分别设置一个测压孔，两个测压孔分别位于射流管道的入口的两侧，两个测压孔连接压差计；

(1)启动离心泵，关闭球阀，使得流体射流管道的入口速度为0，同时记录差压计测得的压力差p_s；

(2)通过调节第二调速阀和第二压力表来调节流体的射流速度，保持流体的射流速度不变，同时记录差压计测得的压力差p_j；

(3)在测试管道内壁面铺覆需要测量的仿生非光滑表面薄膜，关闭球阀，使得流体射流管道的入口速度为0，同时记录高精度差压计的压力差p_n；

(4)仿生射流表面的减阻效果用减阻率DR_射来表示，则：

DR_射＝100％×(p_s-p_j)/p_s；

仿生非光滑表面的减阻效果用减阻率DR_非来表示，则：

DR_非＝100％×(p_s-p_n)/p_s。