CN110864873A - 一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，属于波动壁面阻力测试技术领域，包括离心泵和第一稳定管段，第一稳定管段上设有注水孔，离心泵通过异径弯管与第一稳定管段相连，第一稳定管段从右端依次与收缩管段、试验管段、发散管段、第二稳定管段通过法兰和螺栓连接，第二稳定管段通过第二等径弯管和第一等径弯管与异径回水管段通过法兰和螺栓相连，异径回水管段与离心泵通过法兰和螺栓相连，第二等径弯管与第一等径弯管通过可调整直管段相连，构成了一个封闭的循环水路，为波动壁面阻力测试装置提供所需的流场环境，具有操作简单、拆卸方便、效率高的特点。

Description

一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构

技术领域

本发明涉及一种壁面阻力测试的技术领域，具体涉及一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构。

背景技术

当今科技水平的不断发展，船舶和水下航行器的性能日益完善，数量也是日益增加，有效地降低船舶、水下航行器等的表面摩擦阻力已成为人们创造节能新技术的突破口。因为耦合效应，通过减阻方法的匹配、参数控制等达到减阻效果的增强，复合减阻比如仿生和壁面减阻的结合，减阻率将大于其相应单个减阻方法所得到的减阻率的总和。

水洞、风洞、水动力水槽是重要的空气动力学和水动力学研究装置。据不完全统计，目前在全世界各地，建成的生产型风洞大约有300多座，水洞约200多座，但还是无法满足日趋增长的对于减阻技术的研究需求。但是现有的实验室数值模拟和仿真模拟受限于空间和经费的原因，很难实现对实际海洋环境的流场的近似模拟，许多研究还仅仅停留在理论层面，导致现有的水动力减阻技术尚未走向工程领域。以上现状使得小型波动壁面装置应运而生。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构。具有拆卸方便、操作简单和效率高的特点。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：包括离心泵和第一稳定管段，所述第一稳定管段上设有注水孔，所述离心泵通过异径弯管与第一稳定管段相连，异径弯管两端分别通过法兰和螺栓与离心泵、第一稳定管段连接，所述第一稳定管段从右端依次与收缩管段、试验管段、发散管段、第二稳定管段通过法兰和螺栓连接，所述第二稳定管段通过第二等径弯管和第一等径弯管与异径回水管段通过法兰和螺栓相连，所述异径回水管段与离心泵通过法兰和螺栓相连，所述第二等径弯管与第一等径弯管通过可调整直管段相连，所述试验管段上设有一对传感器孔，所述第二稳定管段上设有放气堵头，所述试验管段设计为可拆卸管段，所述异径回水管段下面设有出水堵头。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述试验管段采用圆形截面，所述试验管段包括上试验管段和下试样管段，上试验管段通过螺栓与下试样管段固定。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述第一稳定管段、第二稳定管段分别与试验管段截面面积之比均为2.72-2.80，优选为2.78，在实验过程中湍流速度较大时，所述第一稳定管段和第二稳定管段均可以加装蜂窝格栅，减少压力损失。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述第一稳定管段进口内径等于收缩管段出口内径，试验管段出口内径等于收缩管段进口内径，所述收缩管段长度可以设计为349-352mm，优选为350mm。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述离心泵为电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述可调整直管段两端分别与第二等径弯管、第一等径弯管通过法兰和螺栓连接。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：包括底座，所述第一稳定管段下设有第一稳定管段支撑座，第二稳定管段下设有第二稳定管段支撑座，所述第一稳定管段支撑座和第二稳定管段支撑座均通过螺栓固定在底座上，所述底座为空心。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述异径回水管段设置于底座空心处，所述异径回水管段下设有异径回水管路支撑座。

所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵下设有离心泵支撑底座。

本发明的有益效果：

1）本发明能够对已有的波动壁面阻力测试装置提供所需的流场环境，极大的节约了实验室占地面积，同时降低了减阻实验的成本限制；

2）本发明结构，具有拆卸方便、操作简单、效率高的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明试验管段剖面图；

图3为本发明回水异径管段和支撑结构示意图；

图4为本发明第二稳定管段结构示意图。

图中：101-传感器孔；102-上试验管段；103-下试验管段；104-收缩管段；105-第一稳定管段；106-注水堵头；107-异径弯管；108-低转速卧式离心泵；109-异径回水管段；110-异径回水管段支撑座；111-第一稳定管段支撑座；112-底座；113-第二稳定管段支撑座；114-第一等径弯管；115-可调整直管段；116-第二等径弯管；117-放气堵头；118-第二稳定管段；119-发散管段；120-出水堵头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明所保护的范围不局限于所述范围。

如图1-4所示，一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，包括离心泵108和第一稳定管段105，第一稳定管段105上设有注水孔106，离心泵108通过异径弯管107与第一稳定管段105连接，异径弯管107的两端通过法兰和螺栓分别与离心泵108、第一稳定管段105相连，第一稳定管段105从右端依次与收缩管段104、试验管段、发散管段119、第二稳定管段118通过法兰和螺栓连接，试验管段设置为可拆卸管段，试验管段包括上试验管段102和下试验管段103，上试验管段102设有一对传感器孔101，上试验管段102通过螺栓与下试验管段103相连，将可变形的实验壁面装入后再进行封装，将试验管段设置为开拆卸结构的目的是便于安装流速仪和测压结构，以配合试验的多样化需求，增加机构的灵活性和多功能性。第二稳定管段118通过第二等径弯管116和第一等径弯管114与异径回水管段109通过法兰和螺栓相连，第二等径弯管116与第一等径弯管114通过可调整直管段115相连，可调整直管段115两端分别与第二等径弯管116、第一等径弯管114通过法兰和螺栓连接，第二稳定管段118上设有放气堵头，异径回水管段109与离心泵108通过法兰和螺栓相连，异径回水管段109下面设有出水堵头120。第一稳定管段105和第二稳定管段118主要用于消除大尺寸的旋涡以提高水流的定常性，一般当水流经过动力管段后，流动速度和方向普遍存在不均匀的现象，水流中还存在较大的水流旋涡，所以要在试验段管段前后分别设置第一稳定管段105和第二稳定管段118，收缩比即第一稳定管段105、第二稳定管段118分别与试验管段截面面积之比均为2.72-2.80，本发明优选为2.78。在实验过程遇到湍流度较大的情况，还可在该两个管段加装蜂窝格栅，蜂窝格栅可以使得水流流线平直、流速分布均匀、减少压力损失，有利于提高管路系统中稳定管段及试验管段流场品质。收缩管段104与发散管段119分别与第一稳定管段105、第二稳定管段118相连，所以第一稳定管段105进口内径等于收缩管段104出口内径，试验管段出口内径等于收缩管段104进口内径，收缩管段104位于试验管段之前，是一个沿水流方向截面积不断减小的管道，不仅可以提高速度均匀性，而且还可以起到降低湍流速度、降噪节能的作用。为了防止流动分离的危险和基于成本考虑，收缩管段104长度可以设计为349-352mm，本发明优选为350mm。发散管段119则位于试验段后，主要用于将高速水流的部分动压转化为静压、降低水速以减小压力损失。

本发明的离心泵108采用电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵，为管内液体的循环流动提供动力，相比于同样流量下的其他水泵，本发明的离心泵108具有低功耗、低噪音的特点；所选电动机运行产生的噪声为65分贝，不超过人耳舒服度的分贝上限75分贝。

实验之前，首先拆开上试验管段102，将可变形的实验壁面装入其中后再进行封装，然后检查整个水循环机构的密封性，确定水的流速，计算水的流量。关闭出水堵头120，将流量计通过管路接入第一稳定管段105的注水孔106中，将水注入其中，同时打开放气堵头117排出管路内的气体，直至第二稳定管段118的放气堵头117出现少量液体为止，流量达到设定的流量，且放气堵头117处充满水，关闭注水阀门且关闭放气堵头117和注水孔106，然后启动离心泵108，提供水循环的流场条件进行实验。实验过程中，如果需要改变流速条件，只需要改变水量和离心泵108的运行功率；如果需要改变壁面结构，需要先通过出水堵头120和离心泵108的排水孔排出水后，拆除上试验管段102后进行操作。

本发明一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，包括底座112，第一稳定管段105下设有第一稳定管段支撑座111，第二稳定管段118下设有第二稳定管段支撑座113，第一管段支撑座111和第二稳定管段支撑座113均通过螺栓固定在底座112上，底座112设置为空心，异径回水管段109设置于底座112空心处，异径回水管段109下设有异径回水管路支撑座110，电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵下设有离心泵支撑底座。

Claims (9)

1.一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：包括离心泵（108）和第一稳定管段（105），所述第一稳定管段（105）上设有注水孔（106），所述离心泵（108）通过异径弯管（107）与第一稳定管段（105）相连，异径弯管（107）两端分别通过法兰和螺栓与离心泵（108）、第一稳定管段（105）连接，所述第一稳定管段（105）从右端依次与收缩管段（104）、试验管段、发散管段（119）、第二稳定管段（118）通过法兰和螺栓连接，所述第二稳定管段（118）通过第二等径弯管（116）和第一等径弯管（114）与异径回水管段（109）通过法兰和螺栓相连，所述异径回水管段（109）与离心泵（108）通过法兰和螺栓相连，所述第二等径弯管（116）与第一等径弯管（114）通过可调整直管段（115）相连，所述试验管段上设有一对传感器孔（101），所述第二稳定管段（118）上设有放气堵头（117），所述试验管段设计为可拆卸管段，所述异径回水管段（109）下面设有出水堵头（120）。

2.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述试验管段采用圆形截面，所述试验管段包括上试验管段（102）和下试样管段（103），上试验管段（102）通过螺栓与下试样管段（103）固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述第一稳定管段（105）、第二稳定管段（118）分别与试验管段截面面积之比均为2.72-2.80，优选为2.78，在实验过程中湍流速度较大时，所述第一稳定管段（105）和第二稳定管段（118）均可以加装蜂窝格栅，减少压力损失。

4.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述第一稳定管段（105）进口内径等于收缩管段（104）出口内径，试验管段出口内径等于收缩管段（104）进口内径，所述收缩管段（104）长度可以设计为349-352mm，优选为350mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述离心泵（108）为电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵。

6.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述可调整直管段（115）两端分别与第二等径弯管（116）、第一等径弯管（114）通过法兰和螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：包括底座（112），所述第一稳定管段（105）下设有第一稳定管段支撑座（111），第二稳定管段（118）下设有第二稳定管段支撑座（113），所述第一稳定管段支撑座（111）和第二稳定管段支撑座（113）均通过螺栓固定在底座（112）上，所述底座（112）为空心。

8.根据权利要求7所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述异径回水管段（109）设置于底座（112）空心处，所述异径回水管段（109）下设有异径回水管段支撑座（110）。

9.根据权利要求2所述的一种基于波动壁面阻力测试的小型封闭式水洞结构，其特征在于：所述电机水泵一体化结构的低转速卧式离心泵下设有离心泵支撑底座。

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