CN106706268A - 多孔介质粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，包括以下步骤：步骤一、使用传感器获取流体流经多孔介质材料前后的压降ΔP和流体的流速v；步骤二、将ΔP和v拟合成二次多项式Δp＝a1v2+a2v，得到参数a1和a2的值；步骤三、计算粘性阻力系数1/α和惯性阻力系数C2： 式中Δn为多孔介质材料的厚度，μ为流体的动力粘度，ρ为流体的密度。本发明还提供了一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置。本发明提供的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量及方法，通过测量流体的流速及流经多孔介质前后的压差，就能计算出粘性阻力系数与惯性阻力系数，计算方法简单，精度高，获取测量参数的装置结构紧凑，成本低廉，使用十分方便。
Description
技术领域
本发明属于流体流体动力学测量技术领域，特别涉及一种多孔介质粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法及装置。
背景技术
多孔介质，是由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的物质。多孔介质内的微小空隙可能是互相连通的，也可能是部分连通、部分不连通的。由于多孔介质结构特性，对于多孔介质的阻力特性的研究还非常匮乏，目前还没有任何一项技术可以准确的测量出多孔介质的阻力系数和惯性系数，给多孔介质的应用带来了很多不便。现有的测量装置大多比较简单，测量误差大，对结果的准确性造成较大影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有多孔介质粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法复杂，精度低的缺陷。
本发明的另一个目的是克服现有测量装置测量误差大的缺陷。
本发明提供的技术方案为：
一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，包括以下步骤：
步骤一、使用传感器获取流体流经多孔介质材料前后的压降ΔP和流体的流速v；
步骤二、将ΔP和v拟合成二次多项式Δp＝a1v2+a2v，得到参数a1和a2的值；
步骤三、计算粘性阻力系数1/α和惯性阻力系数C2
式中Δn为多孔介质材料的厚度，μ为流体的动力粘度，ρ为流体的密度。
优选的是，所述流体为空气。
优选的是，步骤一中，首先在测量管道中不安装多孔介质材料，给定一定的流体流量，测量流体流经测量管道前后的压降Δp1；然后将多孔介质材料装入到测量管道中，给定相同的流体流量，测量流体流经测量管道前后的压降Δp2，并使Δp＝Δp2-Δp1。
一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，包括依次连接的流体发生装置、流体稳定装置、流量控制装置和试验管路；所述试验管路包括：
试验材料装夹装置，用于装夹多孔介质材料；
高压力扫描装置，其设置在试验材料装夹装置的前端，以测量流体流经多孔介质前的压力；
低压力扫描装置，其设置在试验材料装夹装置的前端，以测量流体流经多孔介质后的压力；
叶轮测速仪，用于测量试验管路中流体流速。
优选的是，所述流体发生装置为空气压缩机。
优选的是，所述流体稳定装置包括三个串联的减压阀。
优选的是，所述流量控制装置采用节流阀。
优选的是，所述高压力扫描装置8根压力传送管，所述压力传送管安装在压力管固定装置上，所述压力管固定装置中心设置有十字形支架，在十字形支架上共设置有八个安装孔，用于安装8根压力传送管。
优选的是，所述低压力扫描装置8根压力传送管，所述压力传送管安装在压力管固定装置上，所述压力管固定装置中心设置有十字形支架，在十字形支架上共设置有八个安装孔，用于安装8根压力传送管。
本发明的有益效果是：本发明提供的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量及方法，通过测量流体的流速及流经多孔介质前后的压差，就能计算出粘性阻力系数与惯性阻力系数，计算方法简单，精度高，获取测量参数的装置结构紧凑，成本低廉，使用十分方便。
附图说明
图1为本发明所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置总体结构示意图。
图2为本发明所述的试验管路结构示意图。
图3为本发明所述的压力管固定装置结构示意图。
图4为本发明所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，包括依次连接的气源产生装置、气源稳定装置、流量控制装置和试验管路。其中，所述气源产生装置采用一个每分钟压缩360升的空气压缩机110，可以为整个测量系统持续不断地提供流体。
从空气压缩机110产生的气体并不稳定，通过气源稳定装置能够稳定的输出气压，便于后续气体流速的测量。所述气源稳定装置采用三个串联的减压阀120来实现调节稳定气压。
流量控制装置采用一个节流阀130，可以控制管路中的气体流量。
如图2所示，试验管路140是本发明的核心部分，包括依次布置的气流过渡装置141、叶轮测速仪142、高压力扫描装置143、试验材料装夹装置144以及低压力扫描装置145。气流过渡装置141一端与节流阀130连接，使气流进入到试验管路140中。叶轮测速仪142可以对试验管路140里的流体速度的测量。高压力扫描装置143包括8根直径为2毫米的压力传送管。如图3所示，压力传送管安装在压力管固定装置上146。所述压力管固定装置146中心设置有十字形支架，在十字形支架上共设置有八个安装孔，用于安装8根压力传送管。压力传送管将压力传导到PSI系统，通过PSI系统读出压力数值，通过取8根压力传送管的数据的平均得到压力值，即得到气流流经多孔介质前的压力值。试验材料装夹装置144内用于安装及装夹多孔介质，使气流在试验管路140中流动时需要流经该多空介质。低压力扫描装置145跟高压力扫描装置143结构相同，能够测量得到气流流经多孔介质后的压力值。
如图4所示，本发明还提供了一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，步骤如下：
步骤一S110、在试验管路中不安装多孔介质，给定一定的空气流量，使用高压力扫描装置143和低压力扫描装置145测量流体流经测量管道前后的压降Δp1，然后将多孔介质材料装入到测量管道中，给定相同的流体流量，测量流体流经测量管道前后的压降Δp2，以及流体的流速v，并通过计算得到多孔介质材料引起的压降Δp＝Δp2-Δp1。
步骤二S120、将试验获得的压降Δp和速度v拟合成二次多项式
Δp＝a1v2+a2v
因此能够得到参数a1和a2的值。
步骤三S130、因为多孔介质动量方程中的源项为单位长度的压降，即：
式中Δn为多孔介质材料的厚度。
联合多孔介质材料动量源项
进行推导可以得出：
粘性阻力系数1/α的表达式为：
惯性阻力系数c2的表达式为：
式中μ为空气的动力粘度，ρ为空气的密度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，包括依次连接的流体发生装置、流体稳定装置、流量控制装置和试验管路；所述试验管路包括：
试验材料装夹装置，用于装夹多孔介质材料；
高压力扫描装置，其设置在试验材料装夹装置的前端，以测量流体流经多孔介质前的压力；
低压力扫描装置，其设置在试验材料装夹装置的前端，以测量流体流经多孔介质后的压力；
叶轮测速仪，用于测量试验管路中流体流速。
2.根据权利要求1所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，所述流体发生装置为空气压缩机。
3.根据权利要求2所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，所述流体稳定装置包括三个串联的减压阀。
4.根据权利要求3所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，所述流量控制装置采用节流阀。
5.根据权利要求4所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，所述高压力扫描装置8根压力传送管，所述压力传送管安装在压力管固定装置上，所述压力管固定装置中心设置有十字形支架，在十字形支架上共设置有八个安装孔，用于安装8根压力传送管。
6.根据权利要求4所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量装置，其特征在于，所述低压力扫描装置8根压力传送管，所述压力传送管安装在压力管固定装置上，所述压力管固定装置中心设置有十字形支架，在十字形支架上共设置有八个安装孔，用于安装8根压力传送管。
7.一种多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、使用传感器获取流体流经多孔介质材料前后的压降ΔP和流体的流速v；
步骤二、将ΔP和v拟合成二次多项式Δp＝a1v2+a2v，得到参数a1和a2的值；
步骤三、计算粘性阻力系数1/α和惯性阻力系数C2
式中Δn为多孔介质材料的厚度，μ为流体的动力粘度，ρ为流体的密度。
8.根据权利要求7所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，其特征在于，所述流体为空气。
9.根据权利要求8所述的多孔介质材料粘性阻力系数与惯性阻力系数测量方法，其特征在于，步骤一中，首先在测量管道中不安装多孔介质材料，给定一定的流体流量，测量流体流经测量管道前后的压降Δp1；然后将多孔介质材料装入到测量管道中，给定相同的流体流量，测量流体流经测量管道前后的压降Δp2，并使Δp＝Δp2-Δp1。
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