CN1793810A - 一种基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，属于水动力学测试技术领域。包括水池、缓冲水箱、水流管道和测力元件。缓冲水箱分别与水池和水流管道相连通，水流管道通过弯管与水池相连通。水流管道由变径段、发展段和实验段组成，实验段为矩形截面，被测平板试件置于实验段中，成为实验段的板壁。本发明的测量装置，结构简单，操作和控制简便，被测平板试件作为流道的一部分，加工制作简单，装卡方便；本装置可以直接测量流体流过试件表面时所受到的壁面阻力，用于研究具有不同表面性质和形貌的平板试件在不同流速下的阻力，可广泛应用于管道减阻、水面及水中航行体等场合阻力的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，用于0～15m/s流速下平板壁面流体摩擦阻力的测量，属于水动力学测试技术领域。
背景技术
在流体管道流动、水力机械、水中航行体等场合，流体与固体壁面间的摩擦阻力是影响能源消耗和工作效能的重要因素。固体的表面性质，包括几何特性和物理化学特性，在很大程度上影响着固液界面摩擦。开展这方面的研究，对于节约能源、改善工作状况、提高工作效能具有重要意义。
目前，物体在流动流体中所受阻力(包括形体阻力和摩擦阻力等)的测量一般是在大型的水洞、拖曳水池等以及一些小型专用测量装置中进行的。水洞驱动方式上一般有动力式和重力型，其中动力式是由电机驱动的涡轮带动水循环，一般功耗大、流速高、流动状态不太稳定，修建、运行维护成本高。水洞又分为开循环和闭循环两种，开循环式相对于闭循环耗能较高，但流动状态不易受干扰因素的影响；重力型是依靠水的位置势能驱动流动，一般流速较低，但流场较均匀稳定，水箱越高，流速越大，有的甚至高达10多米；拖曳水池一般占地面积大，成本高。小型专用测量装置都是针对某一问题而设计的，一般尺寸小、成本低、针对性强。从试件和功能角度来看，试件整体处于流体中，大型水洞、拖曳水池等尽管可以实现阻力、流场、压力等多项测量，但试验模型一般尺寸较大，制作较难，成本较高；而小型专用装置有的以流体为研究对象，有的则以整段管道或者管道中的某个部件为研究对象。在流体阻力的测量方式上，既有利用多分量天平直接测量的，又有测量压力降的，还有利用流速分布间接计算的等；但是，一般都不测量单一测量壁面阻力。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，改变已有测试装置中测力元件的结构，使测试设备结构简单，测试过程的操作简单，测试可靠。
本发明提出的基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，包括水池、缓冲水箱、水流管道和测力元件；所述的缓冲水箱的进水端通过水泵和管道与水池相连通，缓冲水箱内设有隔板，隔板上设有圆孔，缓冲水箱的出水端通过设于缓冲水箱内的导流管与水流管道相连通，水流管道通过弯管与水池相连通；所述的水流管道由变径段、发展段和实验段组成，实验段为矩形截面，被测平板试件置于实验段中，成为实验段的板壁；所述的测力元件包括支架、辅助支撑杆和测力传感器，支架的顶端与所述的水流管道实验段的被测平板试件相对固定，支架的底部铰接在测力元件外罩的底部，支架的中部由辅助支撑杆支撑，测力传感器固定在测力元件外罩的另一侧，测力传感器的探头在与辅助支撑杆相对应于的位置处与支架中部相接触。
本发明提出的基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，其优点是：
1、本发明装置结构简单，操作和控制简便，通过变频器控制水泵转速，电磁流量计测量流量并转换为流速，可方便地实现0～15m/s内的流速连续调节和实时监控，使测量更加可靠；
2、缓冲水箱内部安装有隔板和导流管，大大改善了流场状态；
3、本装置中的被测平板试件作为流道的一部分，单面参与测量，加工制作简单，装卡方便；
4、借助杠杆系统实现平板试件壁面阻力的机械传递和放大，利用计算机实时显示，并进行数据采集、存储和处理分析等。
5、该装置可以直接测量流体流过试件表面时所受到的壁面阻力，用于研究具有不同表面性质和形貌的平板试件在不同流速下的阻力，可广泛应用于管道减阻、水面及水中航行体等场合阻力的研究。
附图说明
图1是本发明测试装置的结构示意图。
图2是本发明装置中测力元件的结构示意图。
图1和图2中，1是水泵，2是水池，3是泄流阀，4是隔板，5是电磁流量计，6是缓冲水箱，7是压力表，8是排气阀，9是导流管，10是变径段，11是发展段，12是实验段，13是弯管，14是测力元件，15是铰链，16是辅助支撑杆，17是支架，18是被测平板试件，19是透明玻璃板，20是测力传感器，21是外罩。
具体实施方式
本发明提出的基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，其结构如图1所示。包括水池2、缓冲水箱6、水流管道和测力元件14。缓冲水箱6的进水端通过水泵1和管道与水池2相连通，缓冲水箱内设有隔板4，隔板4上设有圆孔，缓冲水箱6的出水端通过设于缓冲水箱内的导流管9与水流管道相连通，水流管道通过弯管13与水池2相连通。水流管道由变径段10、发展段11和实验段12组成，实验段12为矩形截面，被测平板试件18置于实验段12中，成为实验段12的板壁。测力元件14包括支架17、辅助支撑杆16和测力传感器20。支架17的顶端与所述的水流管道实验段12的被测平板试件18相对固定，支架的底部通过铰链15铰接在测力元件外罩21的底部，支架17的中部由辅助支撑杆16支撑，测力传感器20固定在测力元件外罩21的另一侧，测力传感器20的探头在与辅助支撑杆16相对应于的位置处与支架17的中部相接触。
以下结合附图，介绍本发明装置的一个实施例的工作过程：
水泵1从水池2中取水，经电磁流量计5进入方形缓冲水箱6。缓冲水箱6容积约0.25m3，内部安装有隔板4和导流管9，隔板4上设有圆孔(图中未示出)，其作用是提高缓冲水箱内的流场均匀性。缓冲水箱的顶部安装有监控压力表7和排气阀8，用于排除水箱和流道中的气体，底部安装有泄流阀3。电磁流量计5实时测量实验段的平均流量，并根据流道尺寸换算为流速。流体经导流管9流出缓冲水箱6后，经由曲线过渡接头使得管道由圆形截面变成矩形截面。随后，流体流经长度大于0.6m的发展段11进入实验段12，该段长度以试件的尺寸为准。实验段12上部为一盖板，镶嵌有透明的玻璃板19，用于测试过程中的观察和拍照；玻璃板19通过卡具固定，可方便地拿开，同时也方便被测平板试件18的装卡；实验段12下部为被测平板试件18，它同时也是流道的一部分(进行无堵塞实验)。流过实验段12约100mm后，流体直接排出，经弯管13进入水池2。
图2为实验段及阻力测力元件的结构示意图。平板试件18通过磁力或者螺钉固定在试件支架17上，铰链15将支架17与外罩21连接在一起。支架17的一侧是用于辅助定位的支撑杆16，另一侧与传感器20的触头相接触。在水流阻力的作用下，平板试件18连同支架19绕铰链15发生微小角度的转动，力经触头传递到传感器20上，力信号转换成为电信号，随后经电路放大，利用计算机进行数据采集、存储和处理分析。
Claims (1)
1、一种基于开式循环的平板壁面流体摩擦阻力测量装置，其特征在于该装置包括水池、缓冲水箱、水流管道和测力元件；所述的缓冲水箱的进水端通过水泵和管道与水池相连通，缓冲水箱内设有隔板，隔板上设有圆孔，缓冲水箱的出水端通过设于缓冲水箱内的导流管与水流管道相连通，水流管道通过弯管与水池相连通；所述的水流管道由变径段、发展段和实验段组成，实验段为矩形截面，被测平板试件置于实验段中，成为实验段的板壁；所述的测力元件包括支架、辅助支撑杆和测力传感器，支架的顶端与所述的水流管道实验段的被测平板试件固定连接，支架的底部铰接在测力元件外罩的底部，支架的中部由辅助支撑杆支撑，测力传感器固定在测力元件外罩的另一侧，测力传感器的触头在与辅助支撑杆相对应的位置处与支架中部相接触。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080312 Termination date: 20151223 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |