CN112555518A - 一种可改变粗糙度的人工加糙管及其制造和再加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可改变粗糙度的人工加糙管及其制造和再加工方法，属于流体力学设备领域。本发明的人工加糙管结构形式，能够通过调整弹簧式电阻丝的线径以及节距，方便地改变普通管道内部的粗糙度，以适应于不同水力学试验的对于管内粗糙度的调节要求。同时，本发明提供的此类人工加糙管的制造工艺，能够实现弹簧式电阻丝与圆管之间双侧腊焊点的稳定加固，在保证两者强度的情况下最大化简化工艺流程，无需特殊加工设备，能够大大降低成本。而且，由于采用腊焊点作为固定形式，本发明可以通过对弹簧式电阻丝进行通电加热，进而熔化腊焊点，以便于重新加工人工加糙管，改变其粗糙度，实现重复利用。

Description

一种可改变粗糙度的人工加糙管及其制造和再加工方法

技术领域

本发明属于流体力学设备领域，具体涉及一种可改变粗糙度的人工加糙管及其制造和再加工方法。

背景技术

在流体力学中，通常用粗糙系数来综合反映壁面对流动阻滞作用的系数，粗糙系数会直接改变管道内流体的运动状态。一般而言，粘性底层大于粗糙凸起高度，沿程阻力系数只与雷诺数有关的一种现象称为水力光滑；而糙高度远大于黏性底层厚度，阻力系数只依粗糙程度而变化的一种现象称为水力粗糙。圆管内流体流速受管壁的扰动影响，在横截面上呈U型分布。圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化，圆管管壁相对粗糙度越大，管内受扰动流体范围越大，即管内层流范围越小。

在进行水力学试验时，通常需要试验不同的管壁粗糙度下水流的流动状态，因此需要设计具有不同管壁粗糙度的管道。一般将此类在普通管道基础上特定增加粗糙度的管道称为人工加糙管。在现有技术中，人工加糙管可以通过3D打印或者型腔浇筑等方式进行加工，也可以在现有管道中对内壁进行粗糙加工，但这些加工方式工艺较为复杂，其成本也较高。而且其基于现有管道进行加工时，粗糙度有一定限制，不能实现粗糙度的大范围改变。

另外，现有的人工加糙管中粗糙度在管体加工成型后是固定的，并不能二次加工改变。因此，如何设计一种新的粗糙管和简易、低成本的加工方法，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种可改变粗糙度的人工加糙管及其制造和再加工方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种可改变粗糙度的人工加糙管，其包括内壁光滑的圆管和同轴装配于圆管内部的弹簧式电阻丝；所述弹簧式电阻丝的外径等于或略小于圆管的内径，其线截面为圆形，两端分别设有外接触点，且弹簧式电阻丝在自由状态下具有轴向的伸缩自由度；所述弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的阴角中通过填充熔化后再固化的腊实现固定，弹簧式电阻丝在通电状态下可以发热并熔化固化的腊。

作为优选，所述弹簧式电阻丝为铁铬铝合金丝或镍铬合金丝。

作为优选，所述圆管的材质为耐热材料。

作为优选，所述圆管的材质为玻璃。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面任一方案所述可改变粗糙度的人工加糙管的制造方法，其步骤如下：

S1：在弹簧式电阻丝的两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线；

S2：将连接导线后的弹簧式电阻丝同轴装配于圆管内部，再将弹簧式电阻丝的节距拉伸至目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝的两端进行临时固定；

S3：保持装配有弹簧式电阻丝的圆管直立于托盘上，其顶部的导线伸出圆管顶部，底部的导线从圆管底部和托盘之间伸出并拉伸至托盘外部；然后向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满；

S4：将填充满腊粉的圆管从托盘上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘保持悬空；

S5：利用振动器对圆管外壁施加振动，使圆管内部填充的腊粉逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的朝上的阴角中腊粉保留，直至圆管内除所述阴角位置外的其余腊粉全部脱落；

S6：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，通过弹簧式电阻丝的通电发热使所述阴角中的腊粉完全熔化，然后再断开弹簧式电阻丝与外部电源的连接，使熔化后的腊重新冷却固化，完成所述弹簧式电阻丝一侧阴角的固定；

S7：将冷却后的圆管倒转180°并直立于托盘上，使其未填充腊的一侧所述阴角朝上；

S8：再次向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满，然后重复S4～S5，使其朝上的所述阴角被腊粉填满；

S9：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，将弹簧式电阻丝预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度；然后通过控制外部电源使弹簧式电阻丝间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干通电和断电的往复循环后使朝上的所述阴角中的腊粉逐渐熔化完全，而朝下的所述阴角中的腊块依然粘附在阴角内；

S10：逐渐冷却圆管，使得所述弹簧式电阻丝两侧的阴角均由熔化后再固化的腊块固定；

S11：取下弹簧式电阻丝两侧的金属导线以及弹簧式电阻丝两端的夹具，完成人工加糙管的制造。

作为优选，所述S2和S7中，腊粉逐层填充至圆管内并通过对圆管施加高频振动填实。

作为优选，所述S4中振动以及所述S7中高频振动的频率为50～150HZ。

作为优选，所述S8中，预热的终点温度低于腊熔点5～10℃。

作为优选，所述人工加糙管加工完毕后，利用锉刀对弹簧式电阻丝朝向圆管轴心的内侧进行打磨，以去除毛刺。

第三方面，本发明提供了一种如第一方面任一方案所述可改变粗糙度的人工加糙管的再加工方法，其步骤如下：

S1：对所述人工加糙管进行整体加热，使其内部的腊块熔化成液态，然后取出内部的弹簧式电阻丝并清理其线体上附着的腊；

S2：待人工加糙管冷却后，利用刮刀对圆管内壁进行贴壁刮抹操作，去除圆管内壁残留的腊，保持圆管内壁光滑；

S3：根据人工加糙管的设计线径，取符合该线径的弹簧式电阻丝并在两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线；

S4：将连接导线后的弹簧式电阻丝同轴装配于圆管内部，再将弹簧式电阻丝的节距拉伸至新的目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝的两端进行临时固定；

S5：保持装配有弹簧式电阻丝的圆管直立于托盘上，其顶部的导线伸出圆管顶部，底部的导线从圆管底部和托盘之间伸出并拉伸至托盘外部；然后向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满；

S6：将填充满腊粉的圆管从托盘上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘保持悬空；

S7：利用振动器对圆管外壁施加振动，使圆管内部填充的腊粉逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的朝上的阴角中腊粉保留，直至圆管内除所述阴角位置外的其余腊粉全部脱落；

S8：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，通过弹簧式电阻丝的通电发热使所述阴角中的腊粉完全熔化，然后再断开弹簧式电阻丝与外部电源的连接，使熔化后的腊重新冷却固化，完成所述弹簧式电阻丝一侧阴角的固定；

S9：将冷却后的圆管倒转180°并直立于托盘上，使其未填充腊的一侧所述阴角朝上；

S10：再次向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满，然后重复S6～S7，使其朝上的所述阴角被腊粉填满；

S11：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，将弹簧式电阻丝预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度；然后通过控制外部电源使弹簧式电阻丝间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干通电和断电的往复循环后使朝上的所述阴角中的腊粉逐渐熔化完全，而朝下的所述阴角中的腊块依然粘附在阴角内；

S12：逐渐冷却圆管，使得所述弹簧式电阻丝两侧的阴角均由熔化后再固化的腊块固定；

S13：取下弹簧式电阻丝两侧的金属导线以及弹簧式电阻丝两端的夹具，完成人工加糙管的再加工，得到新的粗糙度下的人工加糙管。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本发明的人工加糙管结构形式，能够通过调整弹簧式电阻丝的线径以及节距，方便地改变普通管道内部的粗糙度，以适应于不同水力学试验的对于管内粗糙度的调节要求。同时，本发明提供的此类人工加糙管的制造工艺，能够实现弹簧式电阻丝与圆管之间双侧腊焊点的稳定加固，在保证两者强度的情况下最大化简化工艺流程，无需特殊加工设备，能够大大降低成本。而且，由于采用腊焊点作为固定形式，本发明可以通过对弹簧式电阻丝进行通电加热，进而熔化腊焊点，以便于重新加工人工加糙管，改变其粗糙度，实现重复利用。

附图说明

图1为人工加糙管制造过程中的部件分解示意图；

图2为人工加糙管制造过程中的第一个状态示意图；

图3为人工加糙管制造过程中的第二个状态示意图；

图4为人工加糙管制造过程中的第三个状态示意图；

图5为人工加糙管制造过程中的第四个状态示意图；

图6为人工加糙管制造过程中的第五个状态示意图；

图7为人工加糙管制造过程中的第六个状态示意图；

图8为人工加糙管制造过程中的第七个状态示意图；

图9为人工加糙管制造过程中的第八个状态示意图；

图中附图标记为：弹簧式电阻丝1、圆管2、托盘3、腊粉4、振动器5、腊焊点6、金属导线7、外部电源8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的一个较佳实施例中，我们提供了一种全新结构形式的人工加糙管，与传统的人工加糙管通过一体成型或者后续刻蚀等方式加工而成不同，本发明是利用内壁光滑的圆管2和弹簧式电阻丝1装配而成的，弹簧式电阻丝1同轴装配在圆管2内部，且弹簧式电阻丝1的外径等于或略小于圆管2的内径，弹簧式电阻丝1的线截面为圆形。由此，弹簧式电阻丝1可以与圆管2内壁紧贴，其两侧与圆管2均可以构成的阴角，在两侧的阴角中通过填充熔化后再固化的腊(本发明中的腊为石蜡，熔点为50～80℃)，即可实现弹簧式电阻丝1和圆管2的固定。弹簧式电阻丝1的具体外径应当根据实际进行优化，其目标是保证弹簧式电阻丝1能顺利进入圆管2的情况下，与圆管2的内壁之间尽量贴合，避免出现过大的间隙。本实施例中选用外径等于圆管2的内径的弹簧式电阻丝1，以保证两者之间具有足够的摩擦力在后续直立状态下不会脱落。

本发明中的弹簧式电阻丝1是具有轴向弹性的，其在自由状态下具有轴向的伸缩自由度，因此，在制造时，可以根据设计需要调整其节距(即相邻两圈弹簧之间的距离)，以改变管内的粗糙度。但需要注意的是，由于弹簧式电阻丝1被拉伸时，其外径会缩小，因此其仅能在一定范围内调整节距，不宜过度拉伸。当调整范围无法满足要求时，可以选用自由状态下节距满足要求的弹簧式电阻丝1。本发明中弹簧式电阻丝1可以为铁铬铝合金丝或镍铬合金丝。弹簧式电阻丝1两端分别设有连接导线的外接触点，外接触点不宜过大以避免影响水流形态。本实施例中，外接触点为电阻丝端部弯折形成的一个圈体，外接导线直接勾住该圈体即可实现电连接。

本发明中采用具有弹性的弹簧式电阻丝1以及腊粉作为原材料的目的是使得人工加糙管能够重复加工再造，根据需要调整其内部粗糙度。其原理是通过弹簧式电阻丝1两端的外接触点通过导线连接电源，然后在通电状态下发热，并熔化固化的腊，从而去除腊焊点对于弹簧式电阻丝1的固定作用。由此，可以将弹簧式电阻丝1重新取出更换其他粗细的型号，或者调节其节距。

在这种人工加糙管结构形式下，管内的粗糙度可以通过弹簧式电阻丝1的节距和线径进行灵活调整，而且该调整也不会改变后续的加工制造方法，因此能够大大提高整体制造的自动化程度和便捷性。由于该结构属于全新的形式，因此下面详细描述该人工加糙管的制造工艺流程。

在本发明中，该可改变粗糙度的人工加糙管的制造方法，步骤如下：

S1：首先在弹簧式电阻丝1的两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线7，金属导线7与弹簧式电阻丝1之间可以通过绑扎或者夹持固定，以便于拆卸。

S2：取连接金属导线7后的弹簧式电阻丝1、圆管2、托盘3，然后将弹簧式电阻丝1、圆管2以垂直状态置于托盘3上方，如图1所示。将弹簧式电阻丝1同轴装配于圆管2内部，再按照设计的节距拉伸至目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝1的两端进行临时固定，此时管内纵剖面如图2所示。临时固定的夹具可以是外部的夹爪，或者架于圆管2端部的横杆，弹簧式电阻丝1的端部可以绑扎在横杆上临时固定。由此，弹簧式电阻丝1可以与圆管2内壁紧贴，其两侧与圆管2均可以构成的阴角。为了便于叙述，将弹簧式电阻丝1两侧的阴角分别称为朝上的阴角和朝下的阴角。

S3：保持装配有弹簧式电阻丝1的圆管2直立于托盘3上，圆管2的底部开口平贴托盘3的表面，以避免腊粉漏出。弹簧式电阻丝1顶部的金属导线7伸出圆管2顶部，底部的金属导线7从圆管2底部和托盘3之间伸出并拉伸至托盘3外部，以便于连接外部电源。然后向圆管2内部逐渐填充腊粉4，直至圆管2内腔被腊粉4完全充满。在填充过程中，腊粉本身的粒度不宜过大，应尽量选择最细的腊粉。同时为了保证弹簧式电阻丝1和圆管2的阴角处均能够被腊粉填满，腊粉尽量逐层进行填充，即填充一层腊粉后对圆管2进行振动，是这一层腊粉填充满整个圆管2的内部横截面空间，然后再进行下一层腊粉的填充。此处，可利用高频振动器对圆管2施加高频振动，以充分振捣分散腊粉。最终腊粉填充完毕的状态如图3所示。

S4：在图3所示的基础上，将填充满腊粉4的圆管2从托盘3上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘3保持悬空，形成图4的状态。

S5：图4状态下圆管2内部腊粉在自身摩擦力作用下大部分不会自动脱落，因此需要利用振动器5对圆管2外壁施加高频振动，使圆管2内部填充的腊粉4逐渐从底部开口脱落并存储于托盘3中。由于弹簧式电阻丝1与圆管2内壁构成的朝上的阴角，腊粉在该朝上的阴角中会由于弹簧式电阻丝1的阻挡而不掉落，但其中朝下的阴角以及弹簧式电阻丝1的内腔中的腊粉均会在振动下自动掉落。由此，在不断振动过程中，弹簧式电阻丝1与圆管2内壁构成的朝上的阴角中腊粉4得以保留，如图5所示。当圆管2内除朝上的阴角位置外的其余腊粉4全部脱落后，即可停止振动。

S6：保持圆管2的姿态处于图5所示状态不变，并将弹簧式电阻丝1两端的金属导线7分别接入外部电源8的正负极，如图6所示。通过弹簧式电阻丝1的通电发热，当温度高于腊粉熔点时朝上的阴角中的腊粉即可完全熔化。当然该熔化过程也可以通过外部加热设备原位对圆管2进行加热实现，也可以通过将圆管2整体转移至高温炉中进行加热实现。但通电发热方式可以避免过度的对圆管2进行高温处理，减少其损伤或者形变。加热过程中，待朝上的阴角中的腊粉4完全熔化后，即可将外部电源8与弹簧式电阻丝断开，使熔化后的腊重新冷却固化呈腊块，完成弹簧式电阻丝1中朝上的阴角的固定。此时，圆管2内的状态如图7所示，弹簧式电阻丝1与圆管2在阴角位置形成了一个腊焊点6。

另外，圆管2的材质为耐热材料，可采用陶瓷、玻璃、不锈钢、铜或铝等。本实施例中优选采用玻璃，以便于观察内部的腊粉熔化状态。

以上步骤完成了弹簧式电阻丝1单侧腊焊的固定，但是在实际使用中为了避免另一侧阴角引起过大的水力扰动，需要对另一侧的阴角也进行固定。但是由于一侧已经具有了腊焊点6，如果采用相同的加热方式会导致已有的腊焊点6熔化脱落，因此下面介绍对另一侧阴角进行腊焊的特殊方式。

S7：将冷却后的圆管2倒转180°并直立于托盘3上，使其未填充腊的一侧阴角朝上，而已有的腊焊点6朝下。

S8：再次向圆管2内部逐渐填充腊粉4，直至圆管2内腔被腊粉4完全充满，该过程可沿用S3中逐层填充振动的做法。当管内腊粉填充完毕后，重复S4～S5，使其朝上的阴角被腊粉4填满，具体过程如下：

将填充满腊粉4的圆管2从托盘3上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘3保持悬空。然后利用振动器6对圆管2外壁施加振动，使圆管2内部填充的腊粉4逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝1与圆管2内壁构成的朝上的阴角中腊粉4保留，直至圆管内除朝上的阴角位置外的其余腊粉全部脱落，形成如图8所示的状态。

S9：保持圆管2的姿态不变，并将弹簧式电阻丝1两端的金属导线7分别再次接入外部电源8的正负极，将弹簧式电阻丝预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度。然后通过控制外部电源的间歇性通断，使弹簧式电阻丝间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干个通电和断电的往复循环后，即可使朝上的阴角中的腊粉逐渐熔化完全，而朝下的阴角中的腊块依然粘附在阴角内。

该步骤为本发明特定的加热工序，本发明采用的工艺是进行预热和间歇式通电加热。由于圆管2内朝上的阴角处的腊粉4已经被预热到接近熔点，因此当其继续接收热量时会逐渐熔化，虽然朝下阴角处的腊焊点6也会出现部分熔化，但是由于后续的加热过程是间歇性的，整块的腊焊点6相对于腊粉4而言具有更大的粘滞系数，其不容易整体脱落。对于腊焊点6而言，在弹簧式电阻丝1通电发热时，接近弹簧式电阻丝1线体的腊先被熔化，但远离线体的腊依然保持固态或者固液两态，保持腊焊点6不至于脱落。因此弹簧式电阻丝1断电后，腊焊点6会迅速重新凝固。由此可见，该步骤中弹簧式电阻丝1间歇式通电发热是重要的控制工序之一，其中间歇周期参数较为重要，需要进行特定优化至最优值，使得其通电时的发热量足以熔化部分朝上阴角处的腊粉但是不至于使整块朝下阴角处的腊焊点6熔化并脱落。

另外，为了保证朝下的阴角处腊焊点6的可靠性，S8中预热的终点温度最好低于腊熔点5～10℃，并尽量接近腊熔点。否则过于偏离腊熔点，会导致后续的间歇性发热难以控制。本发明在选用石蜡时，应当尽量选择高硬度高熔点的石蜡类型。

S10：当S9中朝上的阴角处腊粉4完全熔化后，即可断开外部电源8，停止对弹簧式电阻丝1的加热使其逐渐冷却，由此弹簧式电阻丝1两侧的阴角均由熔化后再固化的腊焊点6固定，即如图9所示。

S11：最后取下弹簧式电阻丝1两侧的金属导线4以及弹簧式电阻丝1两端的夹具，完成人工加糙管的制造。

另外，本发明中在腊粉4的填充工序以及使腊粉4脱落的工序中，高频振动的频率应当根据试验进行优化，一般可以设置为50～150HZ。填充工序中频率优化的目的是保证腊粉被完全填充至朝上的阴角处，因此其频率可设置较高，脱落的工序中频率优化的目的是使朝上的阴角处的腊粉不会被振出脱落，因此其频率不宜过高。

另外，上述人工加糙管的加工过程中，仍然有可能存在腊粉粘附在弹簧式电阻丝1的朝下的阴角处腊焊点6，或者在阴角处腊粉熔化过程中向下流动，进而形成毛刺。这些毛刺会造成管内异常的水力扰动，不利于准确反映粗糙度对于水流形态的影响，因此最好在上述S1～S11的工序加工完毕后，利用锉刀对弹簧式电阻丝1朝向圆管2轴心的内侧进行打磨，以去除这些残余的毛刺，保持弹簧式电阻丝1表面光滑。

由此可见，本发明的人工加糙管结构形式，能够通过调整弹簧式电阻丝1的线径以及节距，方便地改变普通管道内部的粗糙度，以适应于不同水力学试验的对于管内粗糙度的调节要求。同时，本发明提供的此类人工加糙管的制造工艺，能够实现弹簧式电阻丝1与圆管2之间双侧腊焊点的稳定加固，在保证两者强度的情况下最大化简化工艺流程，无需特殊加工设备，能够大大降低成本。

最后，由于本发明中采用具有弹性的弹簧式电阻丝1以及腊粉作为原材料，因此该人工加糙管能够通过重新熔化腊焊点6实现重复加工再造，以重新利用同一条圆管2调整其内部粗糙度。该可改变粗糙度的人工加糙管的再加工方法，具体步骤如下：

S1：首先，对人工加糙管进行整体加热，使其内部的腊块熔化成液态，然后取出内部的弹簧式电阻丝1并清理其线体上附着的腊，以便于后续重复利用。

S2：待人工加糙管冷却后，利用刮刀对圆管2内壁进行贴壁刮抹操作，去除圆管2内壁残留的腊，保持圆管内壁光滑。

完成这两步后，即可重复前述制造方法中的S1～S11，重新获得新的粗糙度下的人工加糙管，下面详述如下：

S3：根据新的人工加糙管所设计的线径值，重新取符合该线径的弹簧式电阻丝1并在两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线7。需注意的是，此步骤中若弹簧式电阻丝1的线径未改变，则可以使用S1中重新清理后的弹簧式电阻丝1，无需选取其他弹簧式电阻丝1，若线径改变则需要重新选取弹簧式电阻丝1。

S4：将连接导线后的弹簧式电阻丝1同轴装配于圆管2内部，再将弹簧式电阻丝1的节距拉伸至新的目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝1的两端进行临时固定。

S5：保持装配有弹簧式电阻丝1的圆管2直立于托盘3上，其顶部的导线伸出圆管2顶部，底部的导线从圆管2底部和托盘3之间伸出并拉伸至托盘3外部；然后向圆管2内部逐渐填充腊粉4，直至圆管2内腔被腊粉4完全充满；

S6：将填充满腊粉4的圆管2从托盘3上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘3保持悬空；

S7：利用振动器5对圆管2外壁施加振动，使圆管2内部填充的腊粉4逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝1与圆管2内壁构成的朝上的阴角中腊粉4保留，直至圆管2内除朝上的阴角位置外的其余腊粉4全部脱落；

S8：保持圆管2的姿态不变，并将弹簧式电阻丝1两端的金属导线7分别接入外部电源8的正负极，通过弹簧式电阻丝1的通电发热使朝上的阴角中的腊粉4完全熔化，然后再断开弹簧式电阻丝1与外部电源8的连接，使熔化后的腊重新冷却固化，完成弹簧式电阻丝1一侧阴角的固定；

S9：将冷却后的圆管2倒转180°并直立于托盘3上，使其未填充腊的一侧阴角朝上；

S10：再次向圆管2内部逐渐填充腊粉4，直至圆管2内腔被腊粉4完全充满，然后重复S6～S7，使其朝上的阴角被腊粉4填满；

S11：保持圆管2的姿态不变，并将弹簧式电阻丝1两端的金属导线7分别接入外部电源8的正负极，将弹簧式电阻丝1预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度；然后通过控制外部电源8使弹簧式电阻丝1间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝1的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干通电和断电的往复循环后使朝上的阴角中的腊粉4逐渐熔化完全，而朝下的阴角中的腊块依然粘附在阴角内；

S12：逐渐冷却圆管2，使得弹簧式电阻丝1两侧的阴角均由熔化后再固化的腊块固定；

S13：取下弹簧式电阻丝1两侧的金属导线7以及弹簧式电阻丝1两端的夹具，完成人工加糙管的再加工，得到新的粗糙度下的人工加糙管。

以上S3～S13实际上对应前述制造方法中的S1～S11，因此具体的实现过程可以参见前述制造方法中的S1～S11，对此不再赘述。

通过该再加工方法，本发明可以方便地利用原始人工加糙管中的部件，获得新的粗糙度下的人工加糙管，由此大大降低使用成本。

另外，需注意的是，上述人工加糙管中的粗糙度与弹簧式电阻丝线径和节距之间的关系，可以预先通过试验确定对应关系，后续即可通过查表法方便地确定。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可改变粗糙度的人工加糙管，其特征在于，包括内壁光滑的圆管和同轴装配于圆管内部的弹簧式电阻丝；所述弹簧式电阻丝的外径等于或略小于圆管的内径，其线截面为圆形，两端分别设有外接触点，且弹簧式电阻丝在自由状态下具有轴向的伸缩自由度；所述弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的阴角中通过填充熔化后再固化的腊实现固定，弹簧式电阻丝在通电状态下可以发热并熔化固化的腊。

2.如权利要求1所述的可改变粗糙度的人工加糙管，其特征在于，所述弹簧式电阻丝为铁铬铝合金丝或镍铬合金丝。

3.如权利要求1所述的可改变粗糙度的人工加糙管，其特征在于，所述圆管的材质为耐热材料。

4.如权利要求3所述的可改变粗糙度的人工加糙管，其特征在于，所述圆管的材质为玻璃。

5.一种如权利要求1～4任一所述可改变粗糙度的人工加糙管的制造方法，其特征在于，步骤如下：

S1：在弹簧式电阻丝的两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线；

S2：将连接导线后的弹簧式电阻丝同轴装配于圆管内部，再将弹簧式电阻丝的节距拉伸至目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝的两端进行临时固定；

S3：保持装配有弹簧式电阻丝的圆管直立于托盘上，其顶部的导线伸出圆管顶部，底部的导线从圆管底部和托盘之间伸出并拉伸至托盘外部；然后向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满；

S4：将填充满腊粉的圆管从托盘上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘保持悬空；

S5：利用振动器对圆管外壁施加振动，使圆管内部填充的腊粉逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的朝上的阴角中腊粉保留，直至圆管内除所述阴角位置外的其余腊粉全部脱落；

S6：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，通过弹簧式电阻丝的通电发热使所述阴角中的腊粉完全熔化，然后再断开弹簧式电阻丝与外部电源的连接，使熔化后的腊重新冷却固化，完成所述弹簧式电阻丝一侧阴角的固定；

S7：将冷却后的圆管倒转180°并直立于托盘上，使其未填充腊的一侧所述阴角朝上；

S8：再次向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满，然后重复S4～S5，使其朝上的所述阴角被腊粉填满；

S9：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，将弹簧式电阻丝预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度；然后通过控制外部电源使弹簧式电阻丝间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干通电和断电的往复循环后使朝上的所述阴角中的腊粉逐渐熔化完全，而朝下的所述阴角中的腊块依然粘附在阴角内；

S10：逐渐冷却圆管，使得所述弹簧式电阻丝两侧的阴角均由熔化后再固化的腊块固定；

S11：取下弹簧式电阻丝两侧的金属导线以及弹簧式电阻丝两端的夹具，完成人工加糙管的制造。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述S2和S7中，腊粉逐层填充至圆管内并通过对圆管施加高频振动填实。

7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述S4中振动以及所述S7中高频振动的频率为50～150HZ。

8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述S8中，预热的终点温度低于腊熔点5～10℃。

9.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述人工加糙管加工完毕后，利用锉刀对弹簧式电阻丝朝向圆管轴心的内侧进行打磨，以去除毛刺。

10.一种如权利要求1～4任一所述可改变粗糙度的人工加糙管的再加工方法，其特征在于，步骤如下：

S1：对所述人工加糙管进行整体加热，使其内部的腊块熔化成液态，然后取出内部的弹簧式电阻丝并清理其线体上附着的腊；

S2：待人工加糙管冷却后，利用刮刀对圆管内壁进行贴壁刮抹操作，去除圆管内壁残留的腊，保持圆管内壁光滑；

S3：根据人工加糙管的设计线径，取符合该线径的弹簧式电阻丝并在两端端部各自可拆卸式连接一条金属导线；

S4：将连接导线后的弹簧式电阻丝同轴装配于圆管内部，再将弹簧式电阻丝的节距拉伸至新的目标值后，利用夹具对弹簧式电阻丝的两端进行临时固定；

S5：保持装配有弹簧式电阻丝的圆管直立于托盘上，其顶部的导线伸出圆管顶部，底部的导线从圆管底部和托盘之间伸出并拉伸至托盘外部；然后向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满；

S6：将填充满腊粉的圆管从托盘上以直立状态提起，使其底部开口脱离托盘保持悬空；

S7：利用振动器对圆管外壁施加振动，使圆管内部填充的腊粉逐渐从底部开口脱落，而弹簧式电阻丝与圆管内壁构成的朝上的阴角中腊粉保留，直至圆管内除所述阴角位置外的其余腊粉全部脱落；

S8：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，通过弹簧式电阻丝的通电发热使所述阴角中的腊粉完全熔化，然后再断开弹簧式电阻丝与外部电源的连接，使熔化后的腊重新冷却固化，完成所述弹簧式电阻丝一侧阴角的固定；

S9：将冷却后的圆管倒转180°并直立于托盘上，使其未填充腊的一侧所述阴角朝上；

S10：再次向圆管内部逐渐填充腊粉，直至圆管内腔被腊粉完全充满，然后重复S6～S7，使其朝上的所述阴角被腊粉填满；

S11：保持圆管的姿态不变，并将弹簧式电阻丝两端的金属导线分别接入外部电源的正负极，将弹簧式电阻丝预热至接近腊熔点但略低于腊熔点的温度；然后通过控制外部电源使弹簧式电阻丝间歇式通电发热，保持弹簧式电阻丝的线体温度在高于腊熔点和低于腊熔点之间来回波动，经过若干通电和断电的往复循环后使朝上的所述阴角中的腊粉逐渐熔化完全，而朝下的所述阴角中的腊块依然粘附在阴角内；

S12：逐渐冷却圆管，使得所述弹簧式电阻丝两侧的阴角均由熔化后再固化的腊块固定；

S13：取下弹簧式电阻丝两侧的金属导线以及弹簧式电阻丝两端的夹具，完成人工加糙管的再加工，得到新的粗糙度下的人工加糙管。

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