CN104880296A - 一种测量待测耙风阻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量待测耙风阻的方法。所述测量耙风阻的方法包括如下步骤：步骤1：获取待测耙位于具有流体的环境中的尺寸数据；步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；步骤3：获取具有流体的环境中的流体数据；步骤4：根据上述数据，通过雷诺数定义公式计算流体绕流过待测耙的雷诺数；步骤5：根据所述步骤4中的雷诺数，通过阻力系数计算公式计算阻力系数；步骤6：根据上述数据，通过迎风阻力公式进行计算，从而求得待测耙的迎风阻力。采用这种方法，与现有技术相比，不依赖阻力系数图表获取雷诺数，且在本发明中，不将待测耙等同成圆柱形，考虑待测耙的形状，从而使得到的待测耙的迎风阻力更精确。

Description

一种测量待测耙风阻的方法

技术领域

本发明涉及风阻测试技术领域，特别是涉及一种测量待测耙风阻的方法，所述测量耙用于设置在具有流体的环境中。

背景技术

现有技术中，对测量耙结构强度的要求很高，且还需要测量耙的直径能够尽可能的小，从而不会影响流场。这样，就需要将测量耙的直径设计的既能够满足强度要求，有尽量减少对流场的影响。

目前，测量耙杆常设计成横截面形状为圆形。圆形截面的测量耙因为其构造简单，易于加工等特点，广泛应用于地面试验和临时加装的测试系统。评估此种测量耙风阻时，通常直接等同于圆柱绕流的流阻，采用查已有阻力系数图表的方法计算。

但典型圆柱绕流的阻力系数图表可查的最大雷诺数为10⁶，实际使用时雷诺数常超出此范围。而且据此校核的测量耙，试验表明其强度偏弱，有时会有变形的情况出现。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量待测耙风阻的方法来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种测量待测耙风阻的方法。所述测量耙用于设置在具有流体的环境中，且所述测量耙上设置有多个凸起，所述测量耙风阻的方法包括如下步骤：步骤1：获取待测耙位于具有流体的环境中的尺寸数据；步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；步骤3：获取具有流体的环境中的流体数据；步骤4：根据上述数据，通过雷诺数定义公式计算流体绕流过待测耙的雷诺数；步骤5：根据所述步骤4中的雷诺数，通过阻力系数计算公式计算阻力系数；步骤6：根据上述数据，通过迎风阻力公式进行计算，从而求得待测耙的迎风阻力。

优选地，所述步骤5进一步包括如下步骤：步骤51：预设雷诺数条件；步骤52：将所述步骤4中的雷诺数与所述步骤51中的所述预设雷诺数条件进行对比，从而将所述步骤4中的雷诺数按照所述预设雷诺数条件进行分类，将所述步骤4中的雷诺数分成第一组雷诺数或第二组雷诺数；其中，根据所述第一组雷诺数，通过第一阻力系数公式进行计算，从而求得所述步骤5中的阻力系数；根据所述第二组雷诺数，通过第二阻力系数公式进行计算，从而求得所述步骤5中的阻力系数。

优选地，所述步骤1中的获取待测耙位于所述具有流体的环境中的尺寸数据包括：待测耙中置于流体环境中并受流体力作用的待测耙的长度以及待测耙的横截面直径。

优选地，所述步骤2中的凸起的尺寸数据包括所述凸起的直径数据。

优选地，所述步骤3中的具有流体的环境中的流体数据包括：流体的密度、速度和动力粘性系数数据。

优选地，所述步骤4中的算雷诺数通过下述公式进行计算：

Re＝ρVD/μ，其中，

ρ为流体的密度、V为流体的速度、μ为动力粘性系数，D为待测耙的横截面直径；Re为流体绕流过待测耙的雷诺数。

优选地，所述步骤51中预设雷诺数条件为，将雷诺数按照所述雷诺数的数值大小分成(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)以及(10≤Re＜1×10⁵)之间两种，其中，所述步骤4中的雷诺数的数值在(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)之间的为第一组雷诺数，所述步骤4中的雷诺数的数值在(10≤Re＜1×10⁵)之间的为第二组雷诺数值。

优选地，所述步骤52中的第一阻力系数公式为：

C_D＝0.879-0.36·arctan[6.0·(lg(Re)-5.7)]

所述步骤52中的第二阻力系数公式为：

$C_D=0.9\·\exp (2.48\·\frac{1}{1+\lg \left(\mathrm{Re}\right)});$ 其中，

C_D为阻力系数；Re为流体的环境中流体的雷诺数。

优选地，所述迎风阻力公式为：

$F_D=\frac{1}{2}\·L\·C_D\·{\mathrm{\ρV}}^{2}D+22.5\·\frac{d}{D}\·\frac{{\mathrm{n\πd}}^2}{4}\·\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}^2;$ 其中，

F_D为待测耙的迎风阻力；ρ为流体的密度、V为流体的速度、D为待测耙的横截面直径；C_D为阻力系数；L为置于流体环境中并受流体力作用的待测耙的长度，d为凸起的直径,n为凸起的数量。

本发明中的测量待测耙风阻的方法首先求得流场中的雷诺数，再通过雷诺数求得阻力系数，继而求出待测耙的迎风阻力，与现有技术相比，不依赖阻力系数图表获取雷诺数，且在本发明中，不将待测耙等同成圆柱形，考虑待测耙的形状，从而使得到的待测耙的迎风阻力更精确。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的测量待测耙风阻的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

测量耙用于设置在具有流体的环境中，且测量耙大体上位圆柱形，但其上设置有多个凸起。

本发明的测量待测耙风阻的方法包括如下步骤：步骤1：获取待测耙位于所述具有流体的环境中的尺寸数据；步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；步骤3：获取具有流体的环境中的流体数据；步骤4：根据上述数据，通过雷诺数定义公式计算流体绕流过待测耙的雷诺数；步骤5：根据所述步骤4中的雷诺数，通过阻力系数计算公式计算阻力系数；步骤6：根据上述数据，通过迎风阻力公式进行计算，从而求得待测耙的迎风阻力。

本发明中的测量待测耙风阻的方法首先求得流场中的雷诺数，再通过雷诺数求得阻力系数，继而求出待测耙的迎风阻力，与现有技术相比，不依赖阻力系数图表获取获取阻力系数，且在本发明中，不将待测耙等同成圆柱形，考虑待测耙的形状，从而使得到的待测耙的迎风阻力更精确。

如图1所示的测量待测耙风阻的方法中，测量耙风阻的方法包括如下步骤：

步骤1：获取待测耙位于所述具有流体的环境中的尺寸数据；具体地，尺寸数据包括：置于流体环境中并受流体力作用的待测耙的长度以及待测耙的横截面直径。

步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；具体地，凸起的尺寸数据包括凸起的直径数据。

步骤3：获取具有流体的环境中的流体数据；具体地，步骤3中的具有流体的环境中的流体数据包括：流体的密度、速度和动力粘性系数数据。

步骤4：根据上述数据，通过通过雷诺数定义公式计算具有流体绕流过待测耙的雷诺数；具体地，步骤4中的算雷诺数通过下述公式进行计算：

Re＝ρVD/μ，其中，

ρ为流体的密度、V为流体的速度、μ为动力粘性系数，D为待测耙的横截面直径；Re为流体环境中流体绕流过待测耙的雷诺数，可以理解的是，这些数据已经在前边的步骤1至步骤3中得到，且上述步骤1至步骤3中得到这些数据的方法均能够采用公知方法获取，在此不做赘述。

步骤5：根据所述步骤4中的雷诺数，通过阻力系数计算公式计算阻力系数；其中，上述的步骤5具体包括如下步骤：步骤51：预设雷诺数条件。

步骤52：将步骤4中的雷诺数与步骤51中的预设雷诺数条件进行对比，从而将步骤4中的雷诺数按照预设雷诺数条件进行分类，将步骤4中的雷诺数分成第一组雷诺数或第二组雷诺数；其中，根据第一组雷诺数，通过第一阻力系数公式进行计算，从而求得步骤5中的阻力系数；根据第二组雷诺数，通过第二阻力系数公式进行计算，从而求得步骤5中的阻力系数。

具体地，步骤51中预设雷诺数条件为，将雷诺数按照所述雷诺数的数值大小分成(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)以及(10≤Re＜1×10⁵)之间两种，其中，步骤4中求出的雷诺数的数值在(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)之间的为第一组雷诺数，步骤4中求出的雷诺数的数值在(10≤Re＜1×10⁵)之间的为第二组雷诺数值。

更具体地，第二阻力系数公式为：

$C_D=0.9\·\exp (2.48\·\frac{1}{1+\lg \left(\mathrm{Re}\right)});$

第一阻力系数公式为：

C_D＝0.879-0.36·arctan[6.0·(lg(Re)-5.7)]；其中，

C_D为阻力系数；Re为流体的环境中流体的雷诺数。

步骤6：根据上述数据，通过迎风阻力公式进行计算，从而求得待测耙的迎风阻力。具体地，迎风阻力公式为：

$F_D=\frac{1}{2}\·L\·C_D\·{\mathrm{\ρV}}^{2}D+22.5\·\frac{d}{D}\·\frac{{\mathrm{n\πd}}^2}{4}\·\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}^2;$ 其中，

F_D为待测耙的迎风阻力；ρ为流体的密度、V为流体的速度、D为待测耙的横截面直径；C_D为阻力系数；L为受到流体的环境中的力作用的待测耙的长度；D为待测耙的横截面直径，d为凸起的直径,n为凸起的数量。

可以理解的是，这些数据已经在前边的步骤1至步骤5中得到，且上述步骤1至步骤3中得到这些数据的方法均能够采用公知方法获取，在此不做赘述。

下面以举例的方式对本发明进行进一步阐述，可以理解的是，该阐述并不构成对本发明的任何限制。

实施例1

开展某发动机排气系统性能试验，排气管出口总压测量耙采用圆截面耙杆。计算过程如下：

利用本发明的测量待测耙风阻的方法：

步骤1：获取待测耙位于所述具有流体的环境中的尺寸数据；具体地，尺寸数据包括：待测耙中受到流体的环境中的力作用的待测耙的长度以及待测耙的横截面直径。在本实施例中，受到流体的环境中的力作用的待测耙的长度为：L＝0.8m,横截面直径D＝0.012m。

步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；具体地，凸起的尺寸数据包括凸起的直径数据。在本实施例中，凸起直径d＝0.004m，凸起数量为12。

获取步骤3中的具有流体的环境中的流体数据，其中，在本实施例中，被测流体的密度为ρ＝1.16kg/m³、速度为V＝240m/s、动力粘性系数为μ＝1.83×10-5Pa·s。

步骤4：根据上述数据，通过雷诺数公式计算具有流体的环境中流体的雷诺数；具体地，步骤4中的算雷诺数通过下述公式进行计算：

Re＝ρVD/μ，

将上述的数据带入：计算得Re＝1.826×10⁵。

步骤5：将求得的Re进行步骤5中的分类，从而确定，本实施例中的雷诺数的数值为第一组雷诺数，采用第一阻力系数公式进行计算，即

C_D＝0.879-0.36·arctan[6.0·(lg(Re)-5.7)]；

从而计算得出C_D＝1.314。

步骤6：通过迎风阻力公式进行计算：

$F_D=\frac{1}{2}\·L\·C_D\·{\mathrm{\ρV}}^{2}D+22.5\·\frac{d}{D}\·\frac{{\mathrm{n\πd}}^2}{4}\·\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}^2;$

最终求得F_D＝421.4+37.8＝459.2N。

将上述的测量粑通过试验进行测试(通过常规试验即可)，能够得出本实施例的测量耙所受气动阻力的试验结果为430N(真实值)。

如果采用现有技术中通过查圆柱绕流阻力系数图表计算上述的测量粑风阻，得出结果为384.8N。

可以看出，与测试结果相比，采用现有技术计算的迎风阻力值偏小，相对误差为-10.5％，误差偏大。使用本发明所述方法的计算结果与实际测试结果相比略大，相对误差为+6.8％，为工程设计留有裕度。同时误差不超过10％，在工程误差允许的范围内。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种测量待测耙风阻的方法，所述测量耙用于设置在具有流体的环境中，且所述测量耙上设置有多个凸起，其特征在于，所述测量耙风阻的方法包括如下步骤：

步骤1：获取待测耙位于具有流体的环境中的尺寸数据；

步骤2：获取凸起数量以及每个所述凸起的尺寸数据；

步骤3：获取具有流体的环境中的流体数据；

步骤4：根据上述数据，通过雷诺数定义公式计算流体绕流过待测耙的雷诺数；

步骤5：根据所述步骤4中的雷诺数，通过阻力系数计算公式计算阻力系数；

步骤6：根据上述数据，通过迎风阻力公式进行计算，从而求得待测耙的迎风阻力。

2.如权利要求1所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述步骤5进一步包括如下步骤：

步骤51：预设雷诺数条件；

步骤52：将所述步骤4中的雷诺数与所述步骤51中的所述预设雷诺数条件进行对比，从而将所述步骤4中的雷诺数按照所述预设雷诺数条件进行分类，将所述步骤4中的雷诺数分成第一组雷诺数或第二组雷诺数；其中，

根据所述第一组雷诺数，通过第一阻力系数公式进行计算，从而求得所述步骤5中的阻力系数；

根据所述第二组雷诺数，通过第二阻力系数公式进行计算，从而求得所述步骤5中的阻力系数。

3.如权利要求2所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述步骤1中的获取待测耙位于所述具有流体的环境中的尺寸数据包括：

待测耙中置于流体环境中并受流体力作用的待测耙的长度以及待测耙的横截面直径。

4.如权利要求3所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述步骤2中的凸起的尺寸数据包括所述凸起的直径数据。

5.如权利要求4所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述步骤3中的具有流体的环境中的流体数据包括：流体的密度、速度和动力粘性系数数据。

6.如权利要求5所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，

所述步骤4中的算雷诺数通过下述公式进行计算：

Re＝ρVD/μ，其中，

ρ为流体的密度、V为流体的速度、μ为动力粘性系数，D为待测耙的横截面直径；Re为流体绕流过待测耙的雷诺数。

7.如权利要求6所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述步骤51中预设雷诺数条件为，将雷诺数按照所述雷诺数的数值大小分成(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)以及(10≤Re＜1×10⁵)之间两种，其中，所述步骤4中的雷诺数的数值在(1×10⁵≤Re＜1×10⁷)之间的为第一组雷诺数，所述步骤4中的雷诺数的数值在(10≤Re＜1×10⁵)之间的为第二组雷诺数值。

8.如权利要求7所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，

所述步骤52中的第一阻力系数公式为：

C_D＝0.879-0.36·arctan[6.0·(lg(Re)-5.7)]

所述步骤52中的第二阻力系数公式为：

$C_D=0.9\·\exp (2.48\·\frac{1}{1+\lg \left(\mathrm{Re}\right)});$ 其中，

C_D为阻力系数；Re为流体的环境中流体的雷诺数。

9.如权利要求8所述的测量待测耙风阻的方法，其特征在于，所述迎风阻力公式为：

$F_D=\frac{1}{2}\·L\·C_D\·{\mathrm{\ρV}}^{2}D+22.5\·\frac{d}{D}\·\frac{{\mathrm{n\πd}}^2}{4}\·\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}^2;$ 其中，

F_D为待测耙的迎风阻力；ρ为流体的密度、V为流体的速度、D为待测耙的横截面直径；C_D为阻力系数；L为置于流体环境中并受流体力作用的待测耙的长度，d为凸起的直径,n为凸起的数量。