CN103630322A - 一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置及其方法 - Google Patents

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谢小鹏
曹立峰
曾建豪
黄恒
刘奕敏
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Abstract

本发明公开了一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置及方法，包括测力计连接轴、进风段、风速计、风机、试验观察段以及设置在进风段与试验观察段之间的导流风栅；试验观察段设有双导轨；测力计连接轴穿过进风段和试验观察段。测试时将非光滑表面物体水平放置在双导轨上，用拉线的一端系住并挂在测力计连接轴的挂钩上；风机通电后将外部的空气吸入，空气通过导流风栅发生分流并经过非光滑表面物体后排出，与此同时，非光滑表面物体沿着水平方向在双导轨上移动，当测力计连接轴由于非光滑表面物体受到空气流的阻力而水平移动时，将拉动数显式测力计即可测出非光滑表面物体所受风阻大小。本专利结构简单、测试手段简便快捷、误差较小。

Description

一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置及其方法
技术领域
本发明涉及微观形貌物体表面的风阻测量装置，尤其涉及一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置及其方法。
背景技术
厢式运输车的车厢体是独立的长方体结构，并且车体较长，在行驶的过程中，厢体表面所受到的风的阻力比较大，而大风阻意味着厢式运输车要消耗更多的能量。相关研究表明，不同微观结构的沟槽面具有不同的减阻效果，如果能够从诸多非光滑的微观结构表面中选择一个减阻最优的沟槽面结构，并将其应用到厢式运输车的厢体表面上，便可实现厢式运输车车厢体表面减阻效率的最大化，从而可以实现减阻节能的目的。而如何定量的测试非光滑表面物体的风阻系数是一个棘手的问题。现有的主要测阻方法是用天平在风洞中进行测力实验，而风洞结构复杂，占用场地较大、造价昂贵、测试周期长，在利用风洞进行非光滑表面物体的测阻方面还受到很大的制约。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、布局合理、低耗能、占用场地小、造价低廉、测试周期短的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置及其方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，包括测力计连接轴11、进风段1、试验观察段3以及设置在进风段1与试验观察段3之间的导流风栅2；试验观察段3内安装有风速计10；所述进风段1的一侧设有风机接口12，风机接口12连接风机13；所述试验观察段3的底部沿轴向设置有双导轨8;
所述测力计连接轴11穿过进风段1和试验观察段3，该测力计连接轴11的一端伸出进风段1并连接数显式测力计17，另一端具有挂钩并伸入试验观察段内。
所述数显式测力计17连接计算机15，计算机15连接显示器16。
所述风机13连接变频器14。
所述试验观察段3的外壳为筒状的玻璃管5。
所述玻璃管5的侧壁上安装有用于放入和取出非光滑表面物体7的活动门6。
采用上述测阻装置测定非光滑表面物体风阻系数的方法，包括如下步骤：
1）打开位于试验观察段3的活动门6，将非光滑表面物体7水平放置在双导轨8上，准备一根拉线4，拉线4的一端系住非光滑表面物体7，另一端挂在测力计连接轴11的挂钩上；
2）接通电源后，风机13将外部的空气吸入，运动状态混乱的空气通过进风段1及导流风栅2发生分流，形成多股均匀稳定的空气流后再进入试验观察段3，稳定的空气流经过非光滑表面物体7后排出试验观察段3；
3）在试验过程中，非光滑表面物体7沿着水平方向在双导轨8上移动，当测力计连接轴11由于非光滑表面物体7受到空气流的阻力而水平移动时，将拉动数显式测力计17的受拉端，通过数显式测力计17显示的示数测出非光滑表面物体7所受风的阻力大小。
如上所述，在试验过程中，为了得到不同风速下的模拟状态，通过调节变频器14的频率实现风机13的转速，风速显示在风速计10显示，即模拟出不同风速条件下的空气流模拟环境。
如上所述，在试验过程中，为了减小非光滑表面物体7测试误差，针对同一种非光滑表面物体7，可连续测试三次取平均值，并将其作为该非光滑表面物体7所受风阻力的大小。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明在测试过程中可以直接替代风洞试验，一方面，避免了进行风洞试验而需建造风洞设施所耗费的昂贵成本；另一方面，避免了在测试过程中所需复杂的测试设备。
本发明装置结构简单、测试方便快捷、测试方法误差较小，具有很大的市场潜力，它的应用将有利于非光滑表面物体风阻系数测定技术的推广和普及。
本发明是实现测定非光滑表面物体风阻系数的一种有效途径之一，对于优选具有低风阻系数的微观表面结构，在厢式运输车厢体表面的应用，以及对于厢式运输车的节能减阻具有重要的经济意义。
本发明采用简便易行的技术手段，具有积极且实用的效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1非光滑表面物体的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，包括测力计连接轴11、进风段1、试验观察段3以及设置在进风段1与试验观察段3之间的导流风栅2；试验观察段3内安装有风速计10。
所述进风段1、导流风栅2、试验观察段3之间的连接部位均未密封连接。
导流风栅2由若干个相同的圆形管束组成，起着分流和导流的作用。由于每个导流圆形管的直径一致，所以通过每个导流圆形管内部的空气流量大小也基本一致。在试验过程中，风机13将外部空气吸入，运动状态混乱的空气通过导流风栅2后发生分流，形成多股匀速平缓的空气流，然后进入试验观察段3的玻璃管内部。
所述进风段1的一侧设有风机接口12，风机接口12连接风机13，风机13连接变频器14。
所述试验观察段3的底部沿轴向设置有双导轨8;
所述测力计连接轴11穿过进风段1和试验观察段3，该测力计连接轴11的一端伸出进风段1并连接数显式测力计17，另一端具有挂钩并伸入试验观察段内。
所述数显式测力计17连接计算机15，计算机15连接显示器16。
所述试验观察段3的外壳为透明筒状的玻璃管5。
所述玻璃管5的侧壁上安装有用于放入和取出非光滑表面物体7的活动门6。
上述述测阻装置测定非光滑表面物体风阻系数的方法，可通过如下步骤实现：
1）打开位于试验观察段3的活动门6，将非光滑表面物体7水平放置在双导轨8上，准备一根拉线4，拉线4的一端系住非光滑表面物体7，另一端挂在测力计连接轴11的挂钩上；
2）接通电源后，风机13将外部的空气吸入，运动状态混乱的空气通过进风段1及导流风栅2发生分流，形成多股均匀稳定的空气流后再进入试验观察段3，稳定的空气流经过非光滑表面物体7后排出试验观察段3；
3）在试验过程中，非光滑表面物体7沿着水平方向在双导轨8上移动，当测力计连接轴11由于非光滑表面物体7受到空气流的阻力而水平移动时，将拉动数显式测力计17的受拉端，通过数显式测力计17显示的示数测出非光滑表面物体7所受风的阻力大小。
在试验过程中，为了得到不同风速下（取风速范围为0-45m/s）的模拟状态，通过调节变频器14的频率实现风机13的转速，风速显示在风速计10显示，即模拟出不同风速条件下的空气流模拟环境。
在试验过程中，同时为了减小非光滑表面物体7测试误差，针对同一种非光滑表面物体7，可连续测试三次取平均值，并将其作为该非光滑表面物体7所受风阻力的大小的数据。
如图2所述，非光滑表面物体7具有不同的微观结构和尺寸，其上具有沟槽，设沟槽的高度为h，底边长为s，沟槽的底角角度为a，当h、s和a的取值不同时，具有不同的减阻效果。
如上所述便可较好地实现本发明。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：包括测力计连接轴、进风段、试验观察段以及设置在进风段与试验观察段之间的导流风栅；试验观察段内安装有风速计；
所述进风段的一侧设有风机接口，风机接口连接风机；
所述试验观察段的底部沿轴向设置有双导轨;
所述测力计连接轴穿过进风段和试验观察段，该测力计连接轴的一端伸出进风段并连接数显式测力计，另一端具有挂钩并伸入试验观察段内。
2.根据权利要求1所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：所述数显式测力计连接计算机，计算机连接显示器。
3.根据权利要求1所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：所述风机连接变频器。
4.根据权利要求1所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：所述试验观察段的外壳为筒状的玻璃管。
5.根据权利要求4所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：所述玻璃管的侧壁上安装有用于放入和取出非光滑表面物体的活动门。
6.采用权利要求1至5中任一项所述测阻装置测定非光滑表面物体风阻系数的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）打开位于试验观察段的活动门，将非光滑表面物体水平放置在双导轨上，准备一根拉线，拉线的一端系住非光滑表面物体，另一端挂在测力计连接轴的挂钩上；
2）接通电源后，风机将外部的空气吸入，运动状态混乱的空气通过进风段及导流风栅发生分流，形成多股均匀稳定的空气流后再进入试验观察段，稳定的空气流经过非光滑表面物体后排出试验观察段；
3）在试验过程中，非光滑表面物体沿着水平方向在双导轨上移动，当测力计连接轴由于非光滑表面物体受到空气流的阻力而水平移动时，将拉动数显式测力计的受拉端，通过数显式测力计显示的示数测出非光滑表面物体所受风的阻力大小。
7.根据权利要求6所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：在试验过程中，为了得到不同风速下的模拟状态，通过调节变频器的频率实现风机的转速，风速显示在风速计显示，即模拟出不同风速条件下的空气流模拟环境。
8.根据权利要求6所述的测定非光滑表面物体风阻系数的测阻装置，其特征在于：在试验过程中，为了减小非光滑表面物体测试误差，针对同一种非光滑表面物体，连续测试三次取平均值，并将其作为该非光滑表面物体所受风阻力的大小。
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