CN112924139A - 一种小型水洞样件阻力测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种小型水洞样件阻力测试装置，属于农业机械技术领域。包括动力驱动装置、工作试验装置、流速控制装置、水流控制装置、水箱及循环管路，所述工作试验装置包括容置试验样件的测试段和阻力测量部分，所述测试段的输入端连接供水管路，输出端连接水箱，在供水管路上设置流速控制装置和水流控制装置，水流控制装置输入端连接动力驱动装置，输出端通过回流管连接水箱，流速控制装置控制端与工作试验装置的阻力测量部分连接。测试时，试验样件置于测试段内靠近回流端，通过水流控制装置和流速控制装置控制水介质流入的不同流速，通过阻力测量部分来测试试验样件对水流的阻力。本发明结构简单，操作方便快捷，测试出的试验样件的阻力精度较高。
Description
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，特别是涉及一种小型水洞样件阻力测试装置。
背景技术
农业机械在水田作业中，因水田环境的工作阻力很大，其关键部件会产生粘附力或摩擦阻力，使农业机械的功率损失严重，并加速了机械触土部件的磨损。如插秧机，旋耕机，田间作业时船板等部件长期与泥水接触，使其阻力增加约30％。故对这类触泥部件表面进行减阻研究具有重要的意义。申请号为“201610663765.7”发明名称为水田机械触泥部件仿生柔性减阻材料及制备方法与应用。该减阻结构通过仿泥鳅表皮的沟槽结构，通过在船板与水接触的表面上加工出柔性沟槽结构，为验证该柔性沟槽样件的减阻效果，有必要研究一种具有较高精度水洞阻力测试装置，用来研究不同行进速度的农业机械作业部件的阻力效果。
发明内容
针对上述存在的技术问题，提供一种小型水洞样件阻力测试装置，它可以实现在室内对柔性仿生样件的阻力进行测试。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种小型水洞样件阻力测试装置，：包括动力装置、工作试验装置、流速控制装置、水流控制装置、水箱及循环管路，所述试验装置包括容置试验样件的安装夹紧部分和阻力测量传感器，所述测试段的输入端连接供水管路，输出端连接水箱，在供水管路上设置流速控制装置和水流控制装置，水流控制装置输入端连接动力驱动装置，输出端通过回流管连接水箱。流速控制装置控制端与工作试验装置的阻力测量部分连接；测试时，试验样件置于测试段内靠近回流端，通过水流控制装置和流速控制装置控制水介质流入的不同流速，通过阻力测量部分来测试试验样件对流体介质的阻力。
优选的，所述测试段包括基底及与其配合安装的盖板组成的长方体流道区域，在基底上开有同时放置试验样件与对比样件的沟槽，对比样件和试验样件顺次放置，对比样件安装在阻力测试段靠近入口段处，试验样件放在阻力测试段靠近出口段处，所述盖板上开有进水口、出水口及阻力测量部分安装孔。
优选的，测试段包括依次设置的入口段、对比段、样件段和出口段，所述入口段位与测试段供水管路连接端，使流入的水流稳定地流过对比段和样件段；所述对比段为安放非减阻对比样件的管段；测试时，所述阻力测试装置内安装待测试验样件；所述出口段末端通过循环管路连接回流水箱。
优选的，所述入口段长度L1为测试段总长度L的10％-36％；所述对比段长度L2为测试段总长度L的14％-40％，所述样件段长度L3为测试段总长度L的14％-40％，所述扩散段长度L4为测试段总长度L的10％-36％，且L2＝L3。
优选的，沿所述沟槽外周圆周开有O型环槽，其内放置O型环。
优选的，所述盖板底面设置有样件限位装置，限位装置为两个平行设置的限位板，置于样件段对应的有机玻璃盖板下部两侧，盖板与基底安装时，两限位板伸入基底沟槽内同时压紧测试试验样件和对比样件；两限位板间宽度H为小于试验样件和对比样件的宽度，以便压紧样件。
优选的，所述盖板为有机玻璃板，所述出水口与入水口位于盖板两端部，阻力测量部分安装孔为三个，相同间隔置于出水口和入水口之间间距相同，分别为L2、L3。
优选的，所述阻力测量部分置于测试段上方，包括三个压力变送器、数据采集卡及计算机，其中压力变送器P1-P3依次安装在盖板上，分别对应对比段和样件段两端，使压力变送器P1、P2之间为对比段，间隔为L2，压力变送器P1与P2间的压力差ΔP1为非仿生减阻样件对水流的阻力；压力变送器P2、P3之间为样件段77，间隔为L3，压力变送器P2、P3的压力差ΔP2为仿生减阻样件对水流的阻力；所述测试段的压力变送器量程为0-0.6MPa,测试精度为0.5％。
优选的，所述水流控制装置包括两个阀门，分别为进水阀门和回水阀门，其进水阀门的输入端连接动力驱动装置，输出端连接流速控制装置和回水阀门，回水阀门的输出端连接水箱。
优选的，所述流速检测装置为测试精度为0.5％，量程为0-18m3的电磁流量计，其输入端连接水流控制装置的进水阀门，输出端连接测试段的入口段，进水阀门与电磁流量计设置在测试段供水管路上。
本发明的有益效果为：
1.本发明的阻力测试装置，通过控制水介质流体的流动速度，通过测试部分的压力变送器测量不同表面微观结构的试验样件的对流体的阻力效果(试验件两端压力变送器示数差越大则说明该段阻力越大)为试验分析提供依据，该装置结构简单，操作方便快捷。通过本发明测试出的试验样件的阻力精度较高。
2.本发明采用具有包括动力驱动装置、工作试验装置、水流控制装置、流速测试装置、水箱和循环管路，通过动力驱动装置，给水流以一定初始速度；通过水流控制装置，改变水流动速度，通过循环管路使流动速度可以精确调整，并使多余的水可以回流至水箱再进行下一段循环，同时保护水泵，通过流速测试装置，可确定流体区域的实际速度，本发明适合各种不同柔性和表面形貌的减阻部件在不同流速与流体介质环境条件下进行试验。
3.本发明试验样件为柔性硅胶样件，为精确测量及便于固定，采用对比样件和试验样件顺次放置，不需螺栓固定。水流从两限位板间的试验样件一端顶面流入，从另一端流出，测试两端压力差。本发明适用于测量小样件，是一种高流速、高精度的试验平台。
附图说明
图1为本发明的测试原理示意图。
图2为本发明的测试段基底结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明的测试段盖板构示意图。
图5为图4的俯视图。
图中：1.自吸式水泵，2.供水管路，3.进水阀门，4.电磁流量计，5.回水阀门，6.水箱，7.盖板，71.入水口，72.出水口，73.安装孔，74.限位板，75.入口段，76.对比段，77.样件段，78.出口段，8.铜材质基底，81.沟槽，82.O型环槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：如图1所示，本发明一种小型水洞样件阻力测试装置，包括动力驱动装置、工作试验装置、流速控制装置、水流控制装置、水箱6及循环管路，所述所述工作试验装置包括容置试验样件的测试段和阻力测量部分，所述测试段的输入端连接供水管路2，输出端连接水箱6，在供水管路2上设置流速控制装置和水流控制装置，水流控制装置输入端连接动力驱动装置，输出端还通过回流管连接水箱6，流速控制装置控制端与工作试验装置的阻力测量部分连接；测试时，试验样件置于测试段内靠近回流端，通过水流控制装置和流速控制装置控制水介质流入的不同流速，通过阻力测量部分来测试试验样件对水流的阻力。
如图2-图5所示，所述测试段由基底8、O型密封环及安装于基底8上方的盖板7共同组成，在基底8的底板上开有可以同时放置试验样件与对比样件的沟槽81，对比样件和试验样件顺次放置，对比样件安装在阻力测试段靠近入口段75处，试验样件放置在阻力测试段靠近出口段78处，所述盖板7上开有进水口71、出水口72及阻力测量部分安装孔73。
所述测试段包括依次设置的入口段75、对比段76、样件段77和出口段78，所述入口段75位于测试段供水管路2连接端，使流入的水流稳定的流过对比段和样件段；所述对比段76为安放非减阻对比样件的管段；在测试时将所述样件段77内放置待测试验样件，在对比段76内放置对比样件；所述出口段78末端通过循环管路连接回流水箱6。
所述入口段75长度L1为测试段总长度L的10％-36％；所述对比段76长度L2为测试段总长度L的14％-40％，所述样件段77长度L3为测试段总长度L的14％-40％，所述扩散段78长度L4为测试段总长度L的10％-36％，其中L2和L3长度相同。
本例所述测试段基底8采用黄铜材质，为组成测试段的下部区域。基底8内有沟槽81，沿所述沟槽81外周开有O型环槽82，所述O型环槽82内设置O型密封环，测试段通过所述O型密封环，有机玻璃盖板7和基底8共同夹紧密封。
所述有机玻璃盖板7底面设置有样件限位装置，限位装置为两个限位板74，置于测试段内样件安装部分L3所对应的有机玻璃盖板7下部两侧，两个限位板74平行设置，盖板7与基底8安装时，两限位板74伸入基底沟槽81内可以同时压紧测试试验样件和对比样件；两限位板74间宽度H为小于试验样件和对比样件的宽度，本例H为50mm，以便压紧样件。
本例所述盖板7为有机玻璃材质的透明板，与基底8侧壁通过M8螺栓连接；盖板7的纵向轴线上开有五个螺纹孔，分别为三个压力变送器安装孔73、出水口72与入水口71螺纹孔，所述出水口72与入水口71位于盖板7两端部，其间距相同，分别为L2、L3，本例L2、L3均为460mm，阻力测量部分安装孔73用于安装压力变送器。
所述阻力测量部分置于测试段上方，包括三个压力变送器、数据采集卡及计算机，三个压力变送器串列排布，其中压力变送器P1-P3通过螺栓依次安装在安装孔73上，使压力变送器P2、P3之间为样件段77，间隔为L3；压力变送器P1、P2之间为对比段，间隔为L2，以对比减阻试验样件与非减阻对比样件对水流的阻力作用。其中，第一支压力变送器P1与第二支压力变送器P2的所测得的数据差ΔP1，为光滑非减阻样件对流体介质的阻碍作用；第二支压力变送器P2与第三支压力变送器P3放置在减阻样件的上方，P2与P3之间测试所得的压力差ΔP2，为仿生减阻样件对流体介质的阻碍作用；本例所述测试段的三个压力变送器量程均为0-0.6MPa,测试精度均为0.5％。若ΔP2小于ΔP1则可以说明，仿生样件具有一定的减阻作用，同时可以原理此做不同样件的减阻性能对比。
所述水流控制装置包括两个阀门，分别为进水阀门3和回水阀门5，其进水阀门3的输入端连接自吸式水泵1，输出端连接流速控制装置和回水阀门5，回水阀门5的输出端连接水箱6。通过控制进水阀门3和回水阀门5的开度，来控制水流的流量，以调节水流流速。
所述流速监测装置为测试精度为0.5％，量程为0-18m3的DN40电磁流量计4，其输入端连接水流控制装置的进水阀门3，输出端连接测试段的入口段75，进水阀门3与电磁流量计4设置在测试段供水管路2上。
所述动力驱动装置为自吸式水泵1，其输入端连接水箱6，输出端连接水流控制装置的进水阀门3。
本发明在测试时，将待测试样件置于基底8的沟槽81内，盖上盖板7，使限位板置于待测试样件两侧，在盖板7的安装孔73上方设置压力变送器，在盖板7的进水口71连接循环管路的供水管路，出水口72通过管路连接水箱6，启动动力驱动装置，通过计算机监测电磁流量计4及进水阀门3、回水阀门5的开度，控制流体的流动速度，通过阻力测量部分的压力变送器测量试验样件前后端压力差的大小，得到测试的试验样件阻力数据，为试验分析提供依据。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：包括动力装置、工作试验装置、流速控制装置、水流控制装置、水箱及循环管路，所述试验装置包括容置试验样件的安装夹紧部分和阻力测量传感器，所述测试段的输入端连接供水管路，输出端连接水箱，在供水管路上设置流速控制装置和水流控制装置，水流控制装置输入端连接动力驱动装置，输出端通过回流管连接水箱。流速控制装置控制端与工作试验装置的阻力测量部分连接；测试时，试验样件置于测试段内靠近回流端，通过水流控制装置和流速控制装置控制水介质流入的不同流速，通过阻力测量部分来测试试验样件对流体介质的阻力。
2.根据权利要求1所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述测试段包括基底及与其配合安装的盖板组成的长方体流道区域，在基底上开有同时放置试验样件与对比样件的沟槽，对比样件和试验样件顺次放置，对比样件安装在阻力测试段靠近入口段处，试验样件放在阻力测试段靠近出口段处，所述盖板上开有进水口、出水口及阻力测量部分安装孔。
3.根据权利要求2所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：测试段包括依次设置的入口段、对比段、样件段和出口段，所述入口段位与测试段供水管路连接端，使流入的水流稳定地流过对比段和样件段；所述对比段为安放非减阻对比样件的管段；测试时，所述阻力测试装置内安装待测试验样件；所述出口段末端通过循环管路连接回流水箱。
4.根据权利要求3所述的水洞试验台阻力测试段，其特征在于：所述入口段长度L1为测试段总长度L的10％-36％；所述对比段长度L2为测试段总长度L的14％-40％，所述样件段长度L3为测试段总长度L的14％-40％，所述扩散段长度L4为测试段总长度L的10％-36％，且L2＝L3。
5.根据权利要求2所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：沿所述沟槽外周圆周开有O型环槽，其内放置O型环。
6.根据权利要求2所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述盖板底面设置有样件限位装置，限位装置为两个平行设置的限位板，置于样件段对应的有机玻璃盖板下部两侧，盖板与基底安装时，两限位板伸入基底沟槽内同时压紧测试试验样件和对比样件；两限位板间宽度H为小于试验样件和对比样件的宽度，以便压紧样件。
7.根据权利要求2所述的小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述盖板为有机玻璃板，所述出水口与入水口位于盖板两端部，阻力测量部分安装孔为三个，相同间隔置于出水口和入水口之间间距相同，分别为L2、L3。
8.根据权利要求2所述的小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述阻力测量部分置于测试段上方，包括三个压力变送器、数据采集卡及计算机，其中压力变送器P1-P3依次安装在盖板上，分别对应对比段和样件段两端，使压力变送器P1、P2之间为对比段，间隔为L2，压力变送器P1与P2间的压力差ΔP1为非仿生减阻样件对水流的阻力；压力变送器P2、P3之间为样件段77，间隔为L3，压力变送器P2、P3的压力差ΔP2为仿生减阻样件对水流的阻力；所述测试段的压力变送器量程为0-0.6MPa,测试精度为0.5％。
9.根据权利要求1所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述水流控制装置包括两个阀门，分别为进水阀门和回水阀门，其进水阀门的输入端连接动力驱动装置，输出端连接流速控制装置和回水阀门，回水阀门的输出端连接水箱。
10.根据权利要求1所述小型水洞样件阻力测试装置，其特征在于：所述流速检测装置为测试精度为0.5％，量程为0-18m3的电磁流量计，其输入端连接水流控制装置的进水阀门，输出端连接测试段的入口段，进水阀门与电磁流量计设置在测试段供水管路上。
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