CN107631958A - 一种测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，包括水箱、泵、微观PIV检测装置、测试管路装置、以及流量和温度控制装置。测试时将被测超疏水材料固定在测试管路装置的流道底面上，通过流量计控制流体流量，同时通过数字温控计控制流体温度，通过压差计测量流道内流体的压力变化情况，即能准确快捷地检测超疏水材料的减阻性能参数；同时激光发射器发出的光射入矩形流道内，通过摄像机监测部分流场的变化情况，能实现超疏水材料的减阻性能测试与流场时均速度场分布等变化规律的同步监测。

Description

一种测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置

技术领域

本发明涉及测试材料减阻效果的试验设备，特别涉及一种测试超疏水材料减阻性能的试验装置。

背景技术

超疏水表面是指与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的功能表面,可广泛应用于自清洁，防覆冰，油水分离，防腐蚀，微流控制，管道减阻增输等科研和工业领域。由于超疏水材料的减阻性能能够直接影响到装备的能耗和力学性能，为节能减排，降阻增输，降低成本提供了新的技术支撑。由于超疏水材料备受能源，石油化工，管道运输等工业领域的关注，故近年来超疏水材料制备技术发展很快，新的高性能超疏水材料不断出现。但是任何一种新的超疏水材料在应用之前都要经过严格的性能测试、中试和工业试验，并且超疏水材料的性能测试需要精确、复杂的测试设备、较长的时间及较高的测试成本。

目前，对超疏水材料减阻性能的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,而传统的减阻性能测试研究大多在水洞或水池拖曳等环境中进行,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超疏水材料管道流的减阻试验的研究。因此，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,由于还没有一套便携、可靠、完整的超疏水材料减阻性能测试试验装置,因此大大制约了超疏水材料的推广和应用。

PIV(Particle Image Velocimetry)即粒子图像测速，是流体力学中广泛应用的一种流速测量技术，是近二十年发展起来的一种流动速度全场无干扰瞬时测量方法。PIV技术具有能够实现无扰动，精确有效测量二维流场的流速分布的特点，目前在各领域应用的十分广泛。但是目前的减阻性能测试平台没有与PIV测试很好的整合在一起。

综上所述，目前满足要求的超疏水材料减阻性能测试设备远远落后于新型超疏水材料的制备技术，现有超疏水材料减阻性能试验装置均存在如下不足：一、试验设备复杂、测试时间较长、测试成本较高，大大制约了超疏水材料的推广和应用；二、试验装置无法同时实现超疏水材料的减阻性能测试与流场时均速度场分布等信息的监测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，以实现能更便捷准确的监测超疏水材料在不同流体和流态下的减阻性能。

本发明测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，包括水箱、泵、微观PIV检测装置、测试管路装置、以及流量和温度控制装置；

所述测试管路装置包括测试管，测试管的一端设置有一端流体进口、另一端设置有流体出口，测试管的内部流道为矩形流道，矩形流道的顶面上具有聚二甲基硅氧烷涂层；测试管的顶部上还分别设置有第一测压孔和第二测压孔，测试管路装置还包括连接第一测压孔和第二测压孔的压差计；

所述泵的进口与水箱连接，连接泵和水箱的管路上设置有第一阀门，泵的出口与测试管端部的流体进口连接，连接泵和测试管的管路上设置有第二阀门；

所述微观PIV检测装置包括激光控制器、激光发射器、终端电脑和摄像机；所述摄像机的摄像头透过测试管顶部与矩形流道相对，摄像机的信号输入终端电脑，所述终端电脑通过激光控制器控制激光发射器，所述激光发射器设置在槽道的上方，激光发射器发出的光射入矩形流道；

所述流量和温度控制装置包括与测试管的流体出口连接的流量计和设置在水箱中的数字温控计。

进一步，所述测试管由有机玻璃盖板、平行布置与有机玻璃盖板下方的有机玻璃底板、以及设置在有机玻璃盖板和有机玻璃底板底板之间的矩形框状的有机玻璃环组成，所述聚二甲基硅氧烷涂层位于有机玻璃盖板的底面上。

进一步，所述流量计的出口与水箱连接，连接流量计和水箱的管路上设置有第三阀门。

本发明的有益效果：

1、本发明测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，将被测超疏水材料固定在矩形流道的底面上，通过流量计控制流体流量，同时通过数字温控计控制流体温度，通过压差计测量矩形流道内流体的压力变化情况，即能准确快捷地检测超疏水材料的减阻性能参数；同时激光发射器发出的光射入矩形流道内，通过摄像机监测部分流场的变化情况，能实现超疏水材料的减阻性能测试与流场时均速度场分布等变化规律的同步监测。

2、本发明测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，其结构简单、测试耗时短、测试成本较低，有利于超疏水材料的推广和应用。

附图说明

图1为本发明的试验装置的结构示意图；

图2为测试管的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，包括水箱1、泵3、微观PIV检测装置、测试管路装置、以及流量和温度控制装置。

所述测试管路装置包括测试管10，测试管的一端设置有一端流体进口14、另一端设置有流体出口19，测试管的内部流道为矩形流道，矩形流道的顶面上具有聚二甲基硅氧烷涂层16；测试管的顶部上还分别设置有第一测压孔15和第二测压孔18，测试管路装置还包括连接第一测压孔和第二测压孔的压差计9。

所述泵的进口与水箱连接，连接泵和水箱的管路上设置有第一阀门2，泵的出口与测试管端部的流体进口连接，连接泵和测试管的管路上设置有第二阀门4。

所述微观PIV检测装置包括激光控制器6、激光发射器8、终端电脑5和摄像机7；所述摄像机的摄像头透过测试管顶部与矩形流道相对，摄像机的信号输入终端电脑，所述终端电脑通过激光控制器控制激光发射器，所述激光发射器设置在槽道的上方，激光发射器发出的光射入矩形流道。

所述流量和温度控制装置包括与测试管的流体出口连接的流量计11和设置在水箱中的数字温控计13。

本实施例中的泵3为高精密柱塞泵，压差计9为高精度压差计，能满足高精度测试的要求。

试验时，打开阀门，启动柱塞泵，通过流量计来调节测试管道的主流速度，保证测试管道内流体处于相对稳定状态，同时记录压差计显示的压力差值，最后开启PIV检测系统，激光发射器发出的光束进入测试槽道内，摄像机将监测的流场的变化规律输入终端电脑，并由配套软件分析流场情况。

本实验装置可通过更换槽道内不同的超疏水材料，测试不同材料的减阻效果，同时，试验过程中可自由调节流量，观测不同流态下流场的情况，通过对比光滑表面和超疏水材料表面在相同主流速度时的压力差和不同的流场情况，最终实现测试不同超疏水材料不同流态条件下减阻性能的目的。

本实施例中，所述测试管由有机玻璃盖板17、平行布置与有机玻璃盖板下方的有机玻璃底板21、以及设置在有机玻璃盖板和有机玻璃底板底板之间的矩形框状的有机玻璃环20组成，所述聚二甲基硅氧烷涂层位于有机玻璃盖板的底面上；测试管结构简单，便于制造。

本实施例中，所述流量计的出口与水箱连接，连接流量计和水箱的管路上设置有第三阀门12，本改进使得流体能在管路中循环流动，实现循环测试。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，其特征在于：包括水箱、泵、微观PIV检测装置、测试管路装置、以及流量和温度控制装置；

所述测试管路装置包括测试管，测试管的一端设置有一端流体进口、另一端设置有流体出口，测试管的内部流道为矩形流道，矩形流道的顶面上具有聚二甲基硅氧烷涂层；测试管的顶部上还分别设置有第一测压孔和第二测压孔，测试管路装置还包括连接第一测压孔和第二测压孔的压差计；

所述泵的进口与水箱连接，连接泵和水箱的管路上设置有第一阀门，泵的出口与测试管端部的流体进口连接，连接泵和测试管的管路上设置有第二阀门；

所述微观PIV检测装置包括激光控制器、激光发射器、终端电脑和摄像机；所述摄像机的摄像头透过测试管顶部与矩形流道相对，摄像机的信号输入终端电脑，所述终端电脑通过激光控制器控制激光发射器，所述激光发射器设置在槽道的上方，激光发射器发出的光射入矩形流道；

所述流量和温度控制装置包括与测试管的流体出口连接的流量计和设置在水箱中的数字温控计。

2.根据权利要求1所述的测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，其特征在于：所述测试管由有机玻璃盖板、平行布置与有机玻璃盖板下方的有机玻璃底板、以及设置在有机玻璃盖板和有机玻璃底板底板之间的矩形框状的有机玻璃环组成，所述聚二甲基硅氧烷涂层位于有机玻璃盖板的底面上。

3.根据权利要求1所述的测试超疏水材料减阻性能的小型试验装置，其特征在于：所述流量计的出口与水箱连接，连接流量计和水箱的管路上设置有第三阀门。