CN103674479A - 非光滑表面流体摩擦阻力测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供非光滑表面流体摩擦阻力测试装置及测试方法，包括水池、浮力材、支架、定滑轮、砝码、拉线，待测平板与浮力材固定在一起，水池里充有流体，待测平板和浮力材共同浮在流体上，支架固定在水池旁，定滑轮安装在支架上，拉线绕过定滑轮，且拉线的一端连接浮力材、另一端连接砝码，拉线在定滑轮与浮力材之间保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力与砝码的重力相等，砝码的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝码的重力作用下可向前运动。本发明测试原理简单、直观，不同于其它评估非光滑表面减阻效果的装置，可以直接给出非光滑表面的摩擦阻力，测试结果可靠。

Description

非光滑表面流体摩擦阻力测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及的是一种测试装置及测试方法，具体地说是流体摩擦阻力的测试装置及测试方法。

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。但是测量流体对固定表面摩擦阻力的装置研究尚不成熟，主要有四种测量流体对固体表面摩擦阻力的原理，分别是应变式天平测试法、悬挂位移式阻力测试法、压差流阻测试法、旋转粘度计切变应力测试法，本发明的原理与应变式天平测试法基本相同，但由于应变式天平价格高昂，因此，研究设计一台成本低廉、结构简单、试验方便的非光滑表面流体摩擦阻力测试试验装置显得尤为重要。

目前，非光滑表面和表面涂层结构流体摩擦阻力测试装置多集中在压差流阻测试方法，如专利申请号为：201110112635.7，名称为“一种测试管道摩擦阻力系数的方法及其装置”和专利公开号为：CN202013316U，名称为“差压型流阻测试仪”，适合于管道流阻测试，而不适用于非光滑表面平板流阻测试。

发明内容

本发明的目的在于提供能够准确测试出非光滑表面结构和表面涂层结构的流体摩擦阻力的非光滑表面流体摩擦阻力测试装置及测试方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明非光滑表面流体摩擦阻力测试装置，其特征是：包括水池、浮力材、支架、定滑轮、砝码、拉线，待测平板与浮力材固定在一起，水池里充有流体，待测平板和浮力材共同浮在流体上，支架固定在水池旁，定滑轮安装在支架上，拉线绕过定滑轮，且拉线的一端连接浮力材、另一端连接砝码，拉线在定滑轮与浮力材之间保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力与砝码的重力相等，砝码的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝码的重力作用下可向前运动。

本发明非光滑表面流体摩擦阻力测试装置还可以包括：

1、水池和拉线的长度大于砝码距离地面的距离。

2、平板前进方向的端部翘起。

本发明非光滑表面流体摩擦阻力测试方法，其特征是：采用如下试验装置：包括水池、浮力材、支架、定滑轮、砝码、拉线，待测平板与浮力材固定在一起，水池里充有流体，待测平板和浮力材共同浮在流体上，支架固定在水池旁，定滑轮安装在支架上，拉线绕过定滑轮，且拉线的一端连接浮力材、另一端连接砝码，拉线在定滑轮与浮力材之间保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力与砝码的重力相等，砝码的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝码的重力作用下可向前运动；

（1）在平板表面加工出待测量流体摩擦阻力的非光滑表面平板；

（2）将非光滑表面平板置于水池的最右端，用拉线将砝码绕过定滑轮和浮力材连接在一起；

（3）测量砝码的质量m、砝码距离地面的高度H，松开砝码使其自由下落，同时开始计时，当砝码落地的瞬间计时结束，计时时间为t；

（4）根据牛顿第二定律，计算非光滑表面平板的摩擦阻力f：

f=m(g-2H/t²)。

本发明的优势在于：本发明采用悬垂的砝码作为非光滑表面平板的动力源，通过测量砝码落地的时间和高度，运用牛顿第二定律计算出非光滑表面平板的流体摩擦阻力。实现对非光滑表面平板结构及表面涂层结构流体摩擦阻力的测试，该装置结构简单，操作容易，测试准确；非光滑表面平板可根据需要加工出不同的非光滑表面结构(如V型、U型、凹坑、凸包或涂覆表面涂层等)，本发明还适用于聚合物添加剂溶液的减阻效果测试；本发明通过测量非光滑表面平板到达地面的时间和砝码的质量，再根据牛顿第二定律计算得出非光滑表面的摩擦阻力。本发明测试原理简单、直观，不同于其它评估非光滑表面减阻效果的装置，可以直接给出非光滑表面的摩擦阻力，测试结果可靠。

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，本发明包括非光滑表面平板1，浮力材2，水池3，定滑轮4，砝码5，计时器，支架7。砝码5绕过定滑轮4和浮力材2用拉线连接在一起，浮力材2与非光滑表面平板1固连在一起，定滑轮4固定在支架7上。

其中，非光滑表面平板1的前端翘起一定角度，减小或消除非光滑表面平板1和浮力材2的压差阻力；绕过定滑轮4连接浮力材2和砝码5的拉线保持水平，保证浮力材2受到的拉力与砝码5的重力相等；水池3的长度要大于砝码5距离地面的高度H，保证足够的计时时间，减小计时误差。浮力材2在水中产生的浮力大于非光滑表面平板1的重力，保证砝码5与浮力材2连接的拉线在水面以上，且高于水池3的壁面。砝码5的重力略大于非光滑表面平板1的摩擦阻力，保证非光滑表面平板1在砝码5的重力作用下向前运动，且运动速度不宜过快，保证有足够的时间进行秒表计时。

所述非光滑表面流体摩擦阻力测试方法的具体步骤为：

a、在平板1表面加工出凹坑、凸包、沟槽等待测量流体摩擦阻力的非光滑表面形式；

b、将非光滑表面平板1置于水池的最右端，用拉线将砝码5绕过定滑轮4和浮力材2连接在一起；

c、测得砝码5的质量为m，重力加速度为g，砝码5距离地面的高度H，松开砝码5使其自由下落，同时开始计时，当砝码5落地的瞬间计时结束，将时间t记录下来；

d、根据牛顿第二定律，计算非光滑表面平板1的摩擦阻力f；

f=m(g-2H/t²)

本发明通过对测量的数据进行处理，可以方便地得到非光滑表面结构和表面涂层结构的流体摩擦阻力，本发明安装方便、结构简单、检测效果好、适用于对非光滑表面结构和涂层表面结构流体摩擦阻力进行检测，以及检测聚合物添加剂溶液的减阻效果。

Claims (4)

1.非光滑表面流体摩擦阻力测试装置，其特征是：包括水池、浮力材、支架、定滑轮、砝码、拉线，待测平板与浮力材固定在一起，水池里充有流体，待测平板和浮力材共同浮在流体上，支架固定在水池旁，定滑轮安装在支架上，拉线绕过定滑轮，且拉线的一端连接浮力材、另一端连接砝码，拉线在定滑轮与浮力材之间保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力与砝码的重力相等，砝码的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝码的重力作用下可向前运动。

2.根据权利要求1所述的非光滑表面流体摩擦阻力测试装置，其特征是：水池和拉线的长度大于砝码距离地面的距离。

3.根据权利要求1或2所述的非光滑表面流体摩擦阻力测试装置，其特征是：平板前进方向的端部翘起。

4.非光滑表面流体摩擦阻力测试方法，其特征是：采用如下试验装置：包括水池、浮力材、支架、定滑轮、砝码、拉线，待测平板与浮力材固定在一起，水池里充有流体，待测平板和浮力材共同浮在流体上，支架固定在水池旁，定滑轮安装在支架上，拉线绕过定滑轮，且拉线的一端连接浮力材、另一端连接砝码，拉线在定滑轮与浮力材之间保持水平且高于水池的壁面，即浮力材所受到的拉力与砝码的重力相等，砝码的重力大于平板的摩擦阻力，即面平板在砝码的重力作用下可向前运动；

（1）在平板表面加工出待测量流体摩擦阻力的非光滑表面平板；

（2）将非光滑表面平板置于水池的最右端，用拉线将砝码绕过定滑轮和浮力材连接在一起；

（3）测量砝码的质量m、砝码距离地面的高度H，松开砝码使其自由下落，同时开始计时，当砝码落地的瞬间计时结束，计时时间为t；

（4）根据牛顿第二定律，计算非光滑表面平板的摩擦阻力f：

f=m(g-2H/t²)。

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